[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料生產(chǎn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310710661.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103633307A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王麗瓊;葉濤;蔡奉翰;單秉福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連宏光鋰業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 鄭賢明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料生產(chǎn)方法，屬于鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

目前，商業(yè)化鋰離子電池仍主要采用碳基材料作為負(fù)極活性物質(zhì)，人們對(duì)碳基材料做了比較多的研究工作，從無定形碳到天然石墨，都進(jìn)行了多種制備方法的研究。碳基材料在多年的生產(chǎn)過程中已形成多種成熟工藝，但由于受到本身的理論比容量（372mAh/g）的限制，其比容量在生產(chǎn)上幾乎達(dá)到極限狀態(tài)，很難進(jìn)一步提高。隨著人們對(duì)新型便攜式電源的能量密度要求越來越高，碳基材料已經(jīng)不能滿足日漸小型化電子設(shè)備與混合電動(dòng)汽車的大功率和高容量的要求。?

硅是理論比容量最大的天然負(fù)極材料，并被認(rèn)為是最具有應(yīng)用潛力的新一代高能量鋰離子電池負(fù)極材料，但在充放電過程中，體積過度膨脹粉化導(dǎo)致容量衰減快，成為其作為商用負(fù)極材料的最大障礙。而碳材料作為負(fù)極材料雖然比容量小，但不僅具有一定的電化學(xué)活性，結(jié)構(gòu)也較穩(wěn)定，可以作為硅電極的“緩沖基體”。隨之，人們研究各種方法制成硅碳復(fù)合負(fù)極材料，以來緩解硅基材料的缺陷。然而，硅碳復(fù)合材料的制備方法對(duì)材料的電性能起著決定性作用，要制備電化學(xué)性能優(yōu)良的硅碳復(fù)合負(fù)極材料，關(guān)鍵在于獲得合理的材料結(jié)構(gòu)，使得充放電過程中能有效保證電極材料宏觀結(jié)構(gòu)的整體性和微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前，制備硅碳復(fù)合負(fù)極材料的方法有高能球磨法、溶膠凝膠法、靜電電紡法等，這些方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)，制備工藝也較復(fù)雜，應(yīng)用在生產(chǎn)上成本很高。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料生產(chǎn)方法，通過硅粉摻入炭粉和瀝青粉融合軟化包覆，以及機(jī)械壓塊等方式制成大顆粒，將硅粉嵌于石墨大顆粒中，最終實(shí)現(xiàn)硅炭復(fù)合，以提高負(fù)極材料的電性能。?

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料生產(chǎn)方法，具體生產(chǎn)工藝為：?

（a）先取100份硅粉、（60~90）份炭粉混合30~60min，硅粉的粒度為3~90nm，炭粉的粒度為5~20μm，然后按上述混合物的總量加入10~25份的石油瀝青或煤瀝青微粉，在常溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?0~60min，再將上述得到的硅粉、炭粉與石油瀝青或煤瀝青微粉的混合物在200~400℃溫度下進(jìn)行軟化融合，當(dāng)觀察到瀝青軟化后則進(jìn)行冷卻，并粉碎得到原料A；所述的炭粉為瀝青焦粉或石油焦粉，所述的石油焦粉為生焦粉或鍛后焦粉；

（b）將炭粉、天然石墨粉、人造石墨粉中一種或其中任意2~?3種混合而成的混合物進(jìn)行炭化，或石墨化，或先炭化后再進(jìn)行石墨化處理，得到原料B；所述的炭粉為瀝青焦粉或石油焦粉，所述的石油焦粉為生焦粉或鍛后焦粉；

（c）以石油瀝青或煤瀝青微粉為原料C，所述的石油瀝青為乙烯渣油，粒度為≤5μm，所述的煤瀝青為中溫瀝青、改質(zhì)瀝青、硬瀝青或生產(chǎn)中間相小球時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)瀝青，粒度為≤5μm；

（d）以煤焦油為原料D，所述的煤焦油為高溫焦油、中溫焦油或低溫焦油；

（e）將以上所述的A、B、C三種原料按A:B:C?=（10~40）:（70~100）:（5~20）的份量比在常溫下進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌希o接著按上述混合物的總量加入5~10份的原料D，并在80℃下攪拌混合4~8h，根據(jù)上述混合物料的狀況進(jìn)行加壓制成塊狀，然后放入燒結(jié)爐中，在800~1200℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)處理，最后將燒結(jié)處理后冷卻得到的塊狀石墨物料進(jìn)行粉碎、機(jī)械融合，得到硅碳復(fù)合負(fù)極材料。

所述攪拌采用雙螺桿或雙螺帶攪拌方式。?

本發(fā)明的有益效果：?

1、本發(fā)明對(duì)納米硅顆粒進(jìn)行瀝青軟化包覆，可避免硅顆粒與電解液直接接觸，減緩容量衰減速度，即提高充放電容量和循環(huán)。

2、軟化包覆時(shí)，先利用炭粉將硅粉分散，避免在瀝青包覆時(shí)硅粉聚集導(dǎo)致局部容量過剩，這一工藝可使材料容量分布均勻，安全穩(wěn)定。?

3、日本利用機(jī)械合成工藝將高容量物質(zhì)的納米級(jí)顆粒嵌入石墨顆粒中，這種方法的加工工藝難度很大，要求設(shè)備水平和加工成本很高，而本發(fā)明利用軟化包覆、加壓成塊和機(jī)械融合等工藝，將炭粉顆粒緊密粘附于硅粉顆粒周圍制成大顆粒，達(dá)到嵌硅效果，可大大降低生產(chǎn)工藝難度。?

4、采用機(jī)械融合可以改善顆粒表面狀態(tài)，減少顆粒表面活性點(diǎn)，提高循環(huán)性能，以及改善材料與電解液的相容性。?

5、生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)效率高，節(jié)省成本，加工過程安全，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。?