[發明專利]一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310227388.4
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103326023A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 吳清國;權學軍;徐中領;朱玉巧
• 申請（專利權）人: 浙江瓦力新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/1397
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 柯奇君

1.一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料，其特征在于包括比表面積為1～30㎡/g的Si-SiOx/C/DC復合體系，所述復合體系包括C基體、粘結在C基體中的Si-SiOx復合物、分布在C基體和Si-SiOx-C中的碳納米管以及最外層的有機熱解碳包覆層；

所述C基體為經氧化處理的天然石墨、人造石墨、中間相碳微球MCMB、硬碳中的一種或幾種；

所述Si-SiOx是由粒徑為0.01～10μ硅粉、粒徑為0.1～10μ微硅粉和超細金屬粉經高能機械化學反應后去除金屬而形成的一種多孔復合物；

所述碳納米管的平均直徑為5～100nm、長徑比為2～25：1的納米纖維；

所述的最外層有機熱解碳包覆層為有機物經縮聚、碳化后形成的碳包覆層。

2.根據權利要求1所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料，其特征在于：Si-SiOx復合物是亞微米級的Si-SiOx，均勻的粘結在C基體中。

3.根據權利要求1所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料，其特征在于：所述的超細金屬粉為鋁粉、錫粉、鋅粉、鎂粉、鈣粉和鈦粉中的一種或幾種，

所述的超細金屬粉粒徑為為0.1～10μm；所述的有機熱解碳原料選自葡萄糖、蔗糖、聚氯乙烯、酚醛樹脂、糠醛樹脂、聚糠醇、聚丙烯腈、煤瀝青和石油瀝青中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料，其特征在于：所述的Si-SiOx復合物與C基體的質量比為1:100～100：10，所述的微硅粉與硅粉的質量比為1:100～100:100，所述的超細金屬粉與微硅粉的比例為1:100～100：100，所述的碳納米管與Si-SiOx-C的質量比為0.1:100～20:100；所述的有機熱解碳與Si-SiOx-C的質量比為1:100～50:100。

5.一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)將硅粉、微硅粉、超細金屬粉末和分散劑混合，在球磨罐中進行球磨；

(2)將步驟(1)產物以50～150℃真空干燥1～24h；產物在氮氣和/或氬氣中燒結；

(3)將步驟(2)產物進行酸洗、過濾、真空烘干；

(4)將C基體在空氣氣氛中進行高溫氧化處理；

(5)將步驟(3)產物和步驟(4)產物混合，加入到添加有碳納米管的熱解碳溶液中，低速二次球磨分散；

(6)將步驟(5)產物加熱，攪拌蒸發除去溶劑；

(7)將步驟(6)產物在非氧化性氣氛中燒結，有機熱解碳碳化處理，并自然冷卻至室溫，實現有機熱解碳包覆；

(8)將步驟(7)產物以200～500目篩網進行篩分，得到Si-O-C復合負極材料。

6.根據權利要求5所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述的Si-SiOx復合物與C基體的質量比為1:100～100：10，所述的微硅粉與硅粉的質量比為1:100～100:100，所述的超細金屬粉與微硅粉的比例為1:100～100：100，所述的碳納米管與Si-SiOx-C的質量比為0.1:100～20:100；所述的有機熱解碳與Si-SiOx-C的質量比為1:100～50:100。

7.根據權利要求5所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟（1）分散劑為乙醇、去離子水中的一種或幾種；所述的球磨是行星式高能球磨，磨球是直徑為0.1～50mm的氧化鋯球，球磨時間為1～30小時，所述的球磨機轉速150～500r/min。

8.根據權利要求5所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟（3）酸洗過程中所用的酸是質量分數為3%-15%的鹽酸、硫酸和硝酸中的一種或幾種，酸洗時間為30～300分鐘；所述步驟（4）C基體的高溫氧化溫度為200～500℃，氧化時間為0.5～10h；所述步驟（5）熱解碳溶液的溶劑是水、乙醇、苯、甲苯、奈、蒽、環己烷、三氯乙烯、丙酮、醋酸乙酯、吡啶和四氫呋喃中的一種或幾種；所述步驟（6）攪拌除去溶劑的溫度為80～250℃，攪拌時間為1～10小時。

9.根據權利要求5所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟（5）中步驟(3)產物和步驟(4)產物的混合比例為1:100～100:100。

10.根據權利要求5所述的一種高性能鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于：所述步驟（7）中非氧化性氣氛是氮氣、氬氣中的一種或兩種，所述的燒結溫度600～1400℃，所述的燒結時間1～24小時。