[發明專利]一種高能球磨制備硅/人造石墨復合材料的方法

在審

• 申請號: 201711096272.6
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107919466A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王耀斌
• 申請（專利權）人: 陜西盛邁石油有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 西安億諾專利代理有限公司61220
• 代理人: 華長華

技術領域

本發明涉及現代電子電池工業技術領域，具體涉及一種高能球磨制備硅/人造石墨復合材料的方法。

背景技術

負極是提高鋰離子電池容量、功率和循環性能的關鍵因素。石墨負極材料的比容量低(理論值為372mAh／g)、高倍率充放電性能差、易發生有機溶劑共嵌入；硅負極材料的儲鋰比容量(理論值為4200 mAh／g)高，但在循環過程中會產生“體積效應”，在實際應用中受到限制。

用化學氣相沉積 (CVD)法制備的硅／碳納米管復合膜材料，首次脫鋰比容量為1592mAh／g，第20次循環的比容量約為1400mAh／g。采用濺射沉積法得到300nm厚的硅／碳納米纖維(CNF)復合膜材料，以0.05 A／g放電時，首次脫鋰比容量約為2528 mAh／g，第105次循環的容量保持率在90％以上。CNF具有良好的應變、應力松弛層，因此復合材料具有較高的容量和良好的循環性能。CVD法制備的復合材料雖然循環性能較好，但存在電壓滯后，同時，該方法對設備的要求較高；高溫裂解法制備的復合材料可抑制硅的體積效應和阻止材料與電解液的接觸，但首次循環的庫侖效率較低。

發明內容

本發明旨在提出一種高能球磨制備硅/人造石墨復合材料的方法。

本發明的技術方案在于：

一種高能球磨制備硅/人造石墨復合材料的方法，包括以下步驟：

步驟1：復合材料的高能球磨制備：

將硅粉、AG放入瑪瑙球磨罐中，加入瑪瑙球和無水乙醇，控制球料比和料液比分別為5:1和1:4，用XQM型變頻行星式球磨機進行球磨，然后在90℃下真空干燥，完全干燥后，研磨、過400目篩，得到復合材料；

步驟2：電池的組裝：

（1）按質量比90：5：2：3稱取復合材料、炭黑、羧甲基纖維素鈉)和丁苯橡膠，制成漿料并涂覆在9um厚的銅箔上，在80℃下真空干燥16-20h后，以4t的壓力壓實，沖成直徑為16mm的圓片；

（2）在露點小于-50℃的手套箱中，將電極、對電機金屬鋰片、Celgard 2400隔膜及電解液1 mol／L LiPF₆／EC+DEC組裝成CR2430型扣式半電池。

優選地，所述的球磨的轉速為400r/min，球磨時間16h。

優選地，所述的干燥時的氣壓為零下1000pa。

或者優選地，所述的電解液中LiPF₆／EC和DEC的體積比為1:1。

本發明的技術效果在于：

本發明復合材料的脫鋰比容量隨著硅含量的增加先增大、后降低；復合材料首次效率為70％～80％，復合材料循環10次后基本穩定，循環第40次的可逆比容量保持在309～567mAh／g。硅含量控制在10％～20％，復合材料脫鋰比容量和循環性能較佳，原因是石墨分散了硅的膨脹應力，緩沖和抑制了硅的體積效應，克服了石墨容量低和硅體積效應大的問題。

具體實施方式

一種高能球磨制備硅/人造石墨復合材料的方法，包括以下步驟：

步驟1：復合材料的高能球磨制備：

將硅粉、AG放入瑪瑙球磨罐中，加入瑪瑙球和無水乙醇，控制球料比和料液比分別為5:1和1:4，用XQM型變頻行星式球磨機進行球磨，然后在90℃下真空干燥，完全干燥后，研磨、過400目篩，得到復合材料；

步驟2：電池的組裝：

（1）按質量比90：5：2：3稱取復合材料、炭黑、羧甲基纖維素鈉)和丁苯橡膠，制成漿料并涂覆在9um厚的銅箔上，在80℃下真空干燥16-20h后，以4t的壓力壓實，沖成直徑為16mm的圓片；

（2）在露點小于-50℃的手套箱中，將電極、對電機金屬鋰片、Celgard 2400隔膜及電解液1 mol／L LiPF₆／EC+DEC組裝成CR2430型扣式半電池。

其中，球磨的轉速為400r/min，球磨時間16h。干燥時的氣壓為零下1000pa。電解液中LiPF₆／EC和DEC的體積比為1:1。