[發明專利]一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811637925.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109755517A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 曹新龍;田占元;曹國林;邵樂;白楊芝;張大鵬
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料及其制備方法，包括：步驟1，將微米硅分散在溶劑中，研磨形成納米硅漿液；步驟2，將碳基體、粘結劑、導電劑加入溶劑中混合均勻，得到漿料1；將步驟1中納米硅漿液加入漿料1中，混合均勻得到漿料2；步驟3，將漿料2干燥得到前驅體物料1；將前驅體物料1和包覆劑融合，得到前驅體物料2；將前驅體物料2置于保護氣氛中熱處理，得到前驅體物料3；步驟4，將前驅體物料3破碎，與包覆劑混合，高溫熱包覆得到前驅體物料4；步驟5，將前驅體物料4置于保護氣氛中高溫碳化處理，得到所述硅碳復合負極材料。本發明用導電碳包覆負載硅的碳基體，隔絕了硅負極與電解液的直接接觸，提高了電池的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料領域，涉及一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料及其制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池負極材料主流使用石墨類碳材料，如人造石墨、天然石墨、軟碳、硬碳等。但是，石墨類負極材料放電比容量較低(372mAh/g)，已經不能夠滿足鋰離子電池對容量高、體積小的發展要求。因此，人們在極力尋找一種可替代石墨類負極的高比容量的負極材料。在眾多負極材料中，硅的理論比容量為4200mAh/g，遠高于石墨負極的容量，且其電壓平臺略高于石墨負極，充電時不會析鋰，具有較好的安全性能，使其成為最有潛力代替石墨負極的材料。然而，純硅負極材料，在充放電過程中發生巨大的體積變化，使得顆粒粉化，導致活性物質與集流體分離，電池容量迅速衰減。同時這種巨大的體積變化，使得材料表面難以形成穩定的固體電解質膜(SEI)，伴隨SEI不斷地破裂和形成，大量鋰被消耗，電池容量不斷衰減，循環性能變差。

為了解決硅在充放電過程中出現的問題，本領域技術人員通過硅的納米化、硅的表面修飾、硅合金化及與其他材料復合等技術緩沖硅的體積變化，使其能夠盡早商業化應用。

專利文獻CN 103682287 A公開了一種鋰離子電池硅基復合負極材料、制備方法及電池，該發明制得內嵌復合核-殼結構的復合負極材料，內核為納米硅顆粒內嵌于空心化石墨的內層空隙形成的結構，外殼為非石墨碳材料。該發明雖然實現硅的納米化，并使其嵌于石墨內層，但熱壓造粒使得部分納米硅二次團聚，同時，破碎時部分納米硅又裸露在顆粒表面，與電解液直接接觸，導致該材料的循環性能較差。

專利文獻CN 102891297 A公開了一種鋰離子電池用硅碳復合材料及其制備方法，該發明采用羧甲基纖維素鈉作為粘結劑，利用噴霧干燥技術進行造粒，同時實現硅碳材料的液相包覆。該方法可起到造粒作用，給硅膨脹預留空間，緩沖體積膨脹。但此方法液相包覆并不完全，仍有部分納米硅裸露，與電解液直接接觸，導致該材料的循環性能較差。同時，用水做溶劑，硅分散性較差，高溫噴霧時，納米硅嚴重氧化，導致該材料首次效率較低。

因此，制備納米硅并保持納米硅在材料中的分散性，同時將負載納米硅的載體均勻包覆，避免納米硅與電解液的直接接觸，提高材料循環性能，實現硅基負極材料在鋰電池中的應用，是本領域亟待解決的。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料及其制備方法，隔絕了硅負極與電解液的直接接觸，使復合材料表面形成穩定的SEI膜，極大地提高了電池的循環性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將微米硅分散在溶劑中，研磨形成納米硅漿液；

步驟2，將碳基體、粘結劑、導電劑加入溶劑中混合均勻，得到漿料1；將步驟1中納米硅漿液加入漿料1中，混合均勻得到漿料2；

步驟3，將漿料2干燥得到前驅體物料1；將前驅體物料1和包覆劑融合，得到前驅體物料2；將前驅體物料2置于保護氣氛中進行熱處理，得到前驅體物料3；

步驟4，將前驅體物料3破碎，然后和包覆劑混合，高溫熱包覆得到前驅體物料4；