[發明專利]一種碳硅包覆LiAlO2復合負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310259360.9
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103311524A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 馮林杰
• 申請（專利權）人: 馮林杰
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種碳硅包覆LiAlO₂復合負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、安全性能好等優點，因此在數碼相機、移動電話和筆記本電腦等便攜式電子產品中得到廣泛應用，對于電動自行車和電動汽車也具有應用前景。當前商業化鋰離子電池的負極材料普遍是碳材料，具有低且平穩的工作電位和良好的循環性能，但是碳材料的比容量偏低（例如，石墨理論比容量為372mAh/g），這限制了其作為高能量密度電源的應用。硅由于具有較大的理論比容量(4200mAh/g)?和較低的嵌鋰電位而引起廣泛關注。但硅材料在高程度脫/嵌鋰下，存在著嚴重的體積效應，容易導致材料的結構崩塌和活性物質的脫落，使得循環穩定性大大下降。

具有尖晶石結構的鈦酸鋰（Li₄Ti₅O₁₂）被認為是最有應用前景的負極材料之一。在鋰離子嵌入和脫除過程中，尖晶石結構鈦酸鋰晶胞體積基本不變，因而被稱為“零應變”材料。尖晶石結構鈦酸鋰作為新一代的鋰電池負極，結構與物化性質穩定，不與電解液反應，循環性能好。由于它結構的穩定性，成為安全及長壽命鋰離子電池負極材料；尖晶石Li₄Ti₅O₁₂在常溫下的化學擴散系數為2×10^-8cm²/s，比碳負極材料大1個數量級，充放電速度更快。但作為鋰離子電池負極材料，鈦酸鋰的固有電導率為10^-9S/cm，屬于典型的絕緣體，導電性差，大電流放電性能差。

研究發現LiAlO₂在鋰離子電池充放電過程中的離子導電性，提高了鋰離子電池整體的導電性，可在大倍率充放電情況下改善了鋰離子電池負極材料表面析鋰情況，從而降低了鋰離子電池析鋰產生的枝晶刺破隔膜的機率，提高了鋰離子電池的安全性。石墨烯是一種具有二維結構的碳納米材料，它具有高電導率、高機械強度以及優異的彈性。將石墨烯作為硅納米顆粒的碳包覆層，不僅可以提高硅的電子電導率，還可以有效地緩沖硅的體積膨脹。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種碳硅包覆LiAlO₂復合負極材料的制備方法，使用該方法制備的負極材料，兼具較高容量和良好的導電性能及循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供的一種碳硅包覆LiAlO₂復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）制備碳硅復合材料

將純度為99.9%、粒度為20-50μm的硅粉，同時加入粒度為10-30μm、純度為99.9%的人造石墨，二者的質量比為1:4-4:1,然后加入軟化點為70-100℃的瀝青，將硅粉、人造石墨、瀝青加入10-20%重量百分比的羧甲基纖維素鉀水溶液中，用水調整漿料的固含量為25-30%，然后在氦氣保護下球磨至20-50nm，制得納米級硅碳復合材料漿料；

將制備好的納米級硅碳復合材料漿料倒入離心噴霧干燥機內，調整離心噴霧干燥機溫度為170-200℃，并調整風速將干燥造粒的粒度D50在10-15μm，將噴霧干燥造粒所得硅碳復合材料送入隧道窯，在氦氣保護下，在1350-1500℃進行碳化處理，得到硅碳復合材料；

（2）制備LiAlO₂混合液

將硝酸鋁在350-400℃熱解制得堿式硝酸鋁，之后將堿式硝酸鋁溶解于去離子水中，過濾得到濾液，向該濾液中加入氨水，在減壓條件下，溫度為95-100℃反應2-4h，得到Al(OH)₃溶膠，其中AlNO₃：NH₃·H₂O的摩爾比為1：3-4；?

取Al(OH)₃溶膠與KOH、LiHCO₃混合，三者的摩爾比為：1:1:1.2，在減壓條件下于45-50℃條件下反應24-36h，得到LiAlO₂混合液；

（3）合成碳硅包覆的LiAlO₂復合負極材料

向上述混合液中加入上述碳硅復合材料并均勻分散，其中碳硅復合材料和LiAlO₂的重量比為2-3：10，然后在減壓條件下于45-50℃蒸除水混合液中的水分，將得到的固體物研磨成粉末；?