[發明專利]一種高首效長壽命的硅碳負極材料制備方法

在審

• 申請號: 201710703333.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN108336312A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 董鑫怡;賀勁鑫;鄭媛媛;靳承鈾;繆永華;薛馳
• 申請（專利權）人: 中天儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 滑春生

本發明公開了一種高首效長壽命的硅碳負極材料制備方法，先將SiO_X和瀝青加熱混合并過篩分級，得到SiO_X/C材料；然后利用硝酸鋁，尿素和SiO_X/C制備前驅體Al(OH)₃?SiO_X/C；最后經熱處理得到Al₂O₃?SiO_X/C材料。本發明先對SiO_X進行了碳包覆處理，緩解SiO_X充放電時產生的體積效應，工藝簡單、制造成本低、產率高。Al₂O₃包覆層能有效減少電解液與SiO_X和碳層接觸，而減少材料和電解液的副反應，同時也減少SEI膜的形成。另外，Al₂O₃包覆層可充當SEI膜，本身導Li⁺不導電子，還能提高Li⁺遷移速度。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種高首效長壽命的硅碳負極材料制備方法。

背景技術

能量高、循環壽命長的鋰離子電池在電子設備和電動汽車等領域的需求愈來愈大。在負極材料研究領域，材料硅以超過石墨10倍的理論比容量（4200mAh/g，Li₂₂Si₅）和大的體積能量密度（9786mAh/cm³）成為目前熱門的研究對象，硅在嵌鋰時有著巨大的體積效應（體積變化約300%），產生的內部應力容易使硅粉化、脫落而限制了其商業化應用。與硅材料相比，SiO材料的理論比容量為2000mAh/g左右，因為具有硅與氧化物的混相結構，能夠有效的緩解了硅在充放電過程的體積效應，提高了材料的循環穩定性，從而更容易實現商業化應用。然而，SiO因為同樣面臨首次庫倫效率低、導電性差、循環過程衰減快等缺點。

針對SiO存在的缺點，目前的技術方案大致為歧化處理，CVD碳包覆處理，模版刻蝕處理等。以上歧化處理和刻蝕都是以緩解SiO的體積膨脹為主要目的，碳包覆一方面是緩解體積膨脹，另一方面是減少SiO和電解液接觸，在碳層形成穩定SEI膜。經過這些方法處理后SiO的首次效率和循環性能依然不是很理想，仍存在提升的空間。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，現提供一種性能優越、成本較低、能夠適合產業化的高首效長壽命的硅碳負極材料制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種高首效長壽命的硅碳負極材料制備方法，其創新點在于：具體步驟如下：

（1）在氮氣氣氛下，按照一定配比將SiOx原材料和瀝青在加熱混合機中混合均勻，然后加熱到700-1000℃，并保溫1-4h，然后自然冷卻至室溫，采用超聲振動篩對材料進行分級處理，得到SiOx/C復合材料；

（2）將SiOx/C復合材料加入到去離子水中，然后加入硝酸鋁攪拌20min，隨后加入弱堿水溶液，并于60-80℃水浴攪拌1-5h，得到混合溶液；

（3）將上述混合溶液經過干燥處理，得到前驅體Al(OH)₃-SiO_X/C材料；

（4）將前驅體材料在氮氣氣氛下800-1100℃下熱處理1-4h，然后自然冷卻，得到Al₂O₃-SiO_X/C復合材料，即完成了高首效長壽命的硅碳負極材料的制備，所述Al₂O₃-SiO_X/C復合材料中的Al₂O₃占SiO_X/C的質量比為0.1-5%。

進一步的，所述步驟（1）中的SiOx與瀝青的混合質量比為10-20：1，所述SiOx原材料中值粒徑為4-8μm，所述0＜x＜2，所述瀝青選用煤瀝青、石油瀝青中的一種。