[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710683511.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN107611369A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王圓方;高川;梁運(yùn)輝;代建國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津愛敏特電池材料有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司12207
• 代理人: 周于凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，特別是一種鋰離子電池硅炭復(fù)合負(fù)極材料制備方法。

背景技術(shù)

目前市場上鋰離子電池用負(fù)極材料中石墨類炭材料仍占據(jù)主要地位，但由于石墨本身結(jié)構(gòu)特性的制約，其面臨著理論容量低，平臺(tái)低、大電流充放電易產(chǎn)生鋰支晶等問題。而合金類負(fù)極材料則在容量上表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，其中以Si最具代表性，Si具有理論容量4200mAh/g左右，是石墨理論容量的10倍多。國內(nèi)外很多研究人員致力于Si負(fù)極的實(shí)用化，然而其作為負(fù)極材料仍然面對(duì)很多問題，如Si在鋰離子合金化與去合金化過程中帶來的體積效應(yīng)，Si本身低的Li離子擴(kuò)散系數(shù)和電子電導(dǎo)率，以及電解液很難在Si表面形成致密的SEI膜等問題。

目前改善Si材料性能的方法主要包括：Si的納米化、多孔化，Si表面包覆，以及摻雜改性和制備復(fù)合材料等。其中以硅碳復(fù)合材料的實(shí)用研究進(jìn)展較為迅速，硅碳復(fù)合材料主要有兩個(gè)發(fā)展方向：一是作出高容量的硅碳材料，然后與一定石墨物理混合成所需容量進(jìn)行使用；另一個(gè)是直接使用硅、石墨及有機(jī)碳包覆、融合，然后炭化處理制備出所需容量硅碳。相對(duì)于前者，后面一種方法在硅分散的均勻性，物料的一致性方面更具優(yōu)勢；然而硅或其氧化物的表面基團(tuán)不利于實(shí)現(xiàn)與石墨、有機(jī)碳的均勻復(fù)合，易導(dǎo)致硅或其氧化物與石墨等的分離，造成復(fù)合效果較差，從而影響其整體性能的發(fā)揮

CN103700816A和CN103730644A專利采用硅或其氧化物和石墨進(jìn)行高能球磨，隨后進(jìn)行有機(jī)碳源包覆及高溫炭化處理，石墨和熱解有機(jī)炭一定程度上構(gòu)建了材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但包覆效果略差，容量在循環(huán)過程中仍下降較快

通過硅或其氧化物表面處理，控制硅及其氧化、石墨、有機(jī)碳源復(fù)合方式，本發(fā)明提出了一種新的提高硅碳負(fù)極材料性能的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，其解決的是硅碳負(fù)極復(fù)合效果差的問題。

本發(fā)明所采用含有羥基或羧基類有機(jī)物為水性酚醛樹脂、PVA、檸檬酸、硬脂酸、葡萄糖、蔗糖中的一種或幾種。

本發(fā)明采用的干燥處理為真空烘干或噴霧干燥等；焙燒時(shí)惰性或還原性氣氛采用的氣體為氮?dú)狻鍤?、一氧化碳、甲烷、乙炔或其混合氣體；解聚處理采用的為機(jī)械破碎或氣流破碎。

本發(fā)明采用的炭微粉為人造石墨、天然石墨、硬炭、軟炭、碳納米管的一種或幾種；有機(jī)碳源為瀝青、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、蔗糖中的一種或幾種。

本發(fā)明采用的中低溫融合、包覆處理方式為：物料在1-2000rpm轉(zhuǎn)速的攪拌作用下，以0.5-10℃/min升至300-1000℃，恒溫0-10h；惰性氣氛采用的氣體為氮?dú)狻鍤?、一氧化碳或其混合氣體。

本發(fā)明采用的炭化制式為以0.5-10℃/min升至600-1200℃，優(yōu)選800-1100℃，恒溫0-10h。

一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將一定質(zhì)量含有羥基或羧基類有機(jī)物加入到硅或其氧化物的醇溶液或水溶液中，均勻分散，得到混合溶液；

步驟二、將混合溶液進(jìn)行低溫真空烘干，然后在惰性氣氛中進(jìn)行焙燒處理，將焙燒后的物料進(jìn)行解聚處理得到改性硅或其氧化物；

步驟三、將解聚后的物料與炭微粉、有機(jī)碳源進(jìn)行均勻混合，然后進(jìn)行低溫融合、包覆處理；

步驟四、將低溫處理后的物料在惰性氣氛中進(jìn)行炭化處理，篩分后得到硅碳負(fù)極材料； [017]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用硅或其氧化物的表面包覆、焙燒進(jìn)行熱處理，改善了硅或其氧化物的表面狀態(tài)，使其利于與石墨、碳源的復(fù)合，后續(xù)的與石墨、有機(jī)碳源進(jìn)行融合、包覆，最后在進(jìn)行炭化處理則保證硅其氧化與石墨、無序碳形成良好的復(fù)合效果，從而達(dá)到硅或其氧化物在顆粒內(nèi)分散均勻，與石墨、無序碳接觸緊密，形成有效連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此提高硅碳負(fù)極材料的循環(huán)性能以及實(shí)用性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例1與對(duì)比實(shí)例1的循環(huán)曲線圖;

圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例與對(duì)比樣品的電化學(xué)性能對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但不限定于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施實(shí)例1