[發明專利]一種電池負極用層狀硅碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910760528.1
• 申請日: 2019-08-17
• 公開（公告）號: CN110265653B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 馮麗娟;李美榮;馮麗美;李國福;閆友軍
• 申請（專利權）人: 濰坊科技學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/04;H01M10/0525
• 代理公司: 11640 北京中索知識產權代理有限公司
• 代理人: 宋濤

本發明適用于光電材料技術領域，提供了一種電池負極用層狀硅碳材料的制備方法，包括如下步驟：按照硅粉：蒙脫土：分散劑為1.7~2.2:4.5~5.5:3~3.6的重量配比稱取各項原料，分散劑為羥甲基纖維素；向去離子水中加入CMC，配制CMC分散液；向CMC分散液中分別加入硅粉和蒙脫土，攪拌均勻后得到均勻漿料；將漿料干燥，然后進行高溫熱解炭化，炭化后冷卻至室溫，高速研磨后得到層狀硅碳材料。應用該方案，本發明的制備方法和原料成分都比較簡單，成本低，制成的硅碳材料壓實密度、克容量、首次庫倫效率、倍率性都比較高，循環壽命長，制成電池后，電池的壽命長、電容量大、安全性高。

技術領域

本發明適用于光電材料領域，主要涉及鋰離子電池負極材料技術領域，尤其涉及一種電池負極用層狀硅碳材料的制備方法。

背景技術

環境污染和能源危機是全球面臨的兩大危機，為緩解這些問題，開發新型綠色二次能源(太陽能、風能等)是解決能源危機的有效途徑。然而，這些綠色能源固有的隨機性和間斷性等缺點，為他們的實際應用造成了極大的困難。因此，可作為能源存儲和轉移的電池技術成為新能源產業的關鍵核心技術。其中鋰離子電池是應用最廣泛的一種電池。目前鋰離子電池已廣泛應用于各種電子設備以及電動汽車和航空領域。然而，鋰離子續航里程低的問題嚴重限制了其發展。而鋰離子電池的能量密度主要取決于正、負極材料。當前可用的負極材料中，硅負極由于其最高的理論容量、豐富的儲備以及比較低的脫嵌鋰電位，成為鋰離子電池設計中最有前景的負極材料，但是，硅碳材料為金剛石結構，鋰化時由于體積膨脹容易破壞其原來的結構，造成材料粉化，同時硅碳材料的導電率低，嚴重影響了鋰離子電池的壽命、容量和安全性。

公開號為CN109755546A的專利公開了一種鋰離子動力電池用硅基硅碳材料的制備方法，包括以納米硅、塑料和蒙脫土為原料，加入重金屬鹽作為催化劑，將原料混合后在熔融條件下進行擠壓造粒，得到納米硅/塑料/蒙脫土硅碳材料；將非離子表面活性劑和陽離子表面活性劑加入到鹽酸溶液中，得到混合溶液，將納米硅/塑料/蒙脫土硅碳材料加入到混合溶液中，進行溶膠凝膠反應，得到納米硅/塑料/二氧化硅硅碳材料；將納米硅/塑料/二氧化硅硅碳材料進行碳熱還原，即得。該發明以塑料作為碳源，通過加入重金屬鹽以催化誘導塑料生成線形纖維管狀結構，實現低溫石墨化以及石墨化碳均勻包覆納米硅顆粒，在一定程度上提高硅的導電率，抑制硅負極在充放電過程的體積膨脹。

但是，該專利中由于加入重金屬鹽、非離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、鹽酸等物質，破壞了蒙脫土原有的層狀結構，使制成的硅碳材料的壓實密度相較于蒙脫土原有的層狀結構的壓實密度降低；同時，該專利中的納米硅顆粒是嵌在塑料纖維管狀結構中，該纖維管狀結構自身的壓實密度本來就很低或者難以進行壓實；因此，該專利只是在一定程度上提高硅的導電率，并沒有發揮硅負極最大的克容量，更因為壓實密度低，不利于制備高比能電池。

綜上可知，現有技術在實際使用上顯然存在不便與缺陷，所以有必要加以改進。

發明內容

針對上述的缺陷，本發明的目的在于提供一種電池負極用層狀硅碳材料的制備方法，其制備方法和原料成分都比較簡單，成本低，不改變蒙脫土原有的層狀結構，使制成的硅碳材料壓實密度、克容量、首次庫倫效率、倍率性都比較高，循環壽命長，能夠有效解決硅碳負極極片制備過程中的掉粉、掉料問題，制成電池后，電池的壽命長、電容量大、安全性高，且適合在高比能鋰離子電池中應用。

為了實現上述目的，本發明提供一種電池負極用層狀硅碳材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一稱取原料

按照硅粉：蒙脫土：分散劑為1.7～2.2:4.5～5.5:3～3.6的重量配比稱取各項原料；所述分散劑為羥甲基纖維素CMC。

步驟二配制分散液

向去離子水中加入所述CMC，配制CMC分散液，所述CMC分散液中CMC的質量比濃度為3.6％～4.3％。

步驟三配制漿料