[發明專利]一種鋰離子電池硅碳材料的制備方法

有效

• 申請號: 201911066857.2
• 申請日: 2019-11-04
• 公開（公告）號: CN110767892B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 王勝彬;張臻;張超;黃杰
• 申請（專利權）人: 北京衛藍新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 盧澤明

本發明提供一種鋰離子電池硅碳材料的制備方法，其包括以下步驟：將至少包含硅基材料和碳材料的混合物，進行機械球磨，最后在惰性氣氛中進行熱處理，得到硅碳復合材料。本發明所提供的鋰離子電池硅碳材料的制備方法，利用機械球磨將硅基材料破碎成納米顆粒，將碳材料破碎成薄層納米石墨片或石墨烯，并在球磨過程中實現薄層納米石墨片或石墨烯對硅基材料的面包覆，最后通過熱處理得到結構穩定、電化學性能提升的硅基復合材料，采用的原料品種少，工序簡單，適合于工業化生產，另一方面，原料成本低，易于推廣和實現。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硅碳材料的制備方法。

背景技術

硅基材料因其高能量密度(常溫下3580mAh/g)、低電位(0.5V vs.Li/Li⁺)、高安全性、儲量豐富和無污染等引起了研究者們的廣泛關注，被認為是最有前景的下一代商業化的鋰離子電池負極材料之一。但是其較低的首圈庫倫效率和在充放電時巨大的體積膨脹(約300％)引起的SEI膜破裂、有限鋰源的持續消耗以及造成的循環性能差等問題依然亟待解決。目前，硅基材料的改性主要集中在納米化、硅碳復合和預置膨脹空間上。但是納米化后如何保證納米顆粒的均勻分散，以及有效地在Si顆粒周圍預置膨脹空間以對整個電極的體積變化進行控制，仍然是尚待解決和完善的科學問題。

中國發明專利CN108023072A、CN108400307A、CN110148718A等，均是通過將硅基材料和碳材料進行復合，提高硅基材料的導電性以及緩解其充放電時的體積膨脹來提高硅基材料的電化學性能，但是他們使用原材料繁多，工藝程序復雜，難以實現工業化生產。中國發明專利CN110021749A中，通過將納米硅和石墨烯進行復合來解決硅基材料的膨脹問題，但此法成本過高，也不利于工業生產。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種鋰離子電池硅碳材料的制備方法，可有效提高硅基材料的導電性和SEI膜的穩定性，同時為其體積膨脹提供緩沖空間，從而大幅度提高其首效和循環性能。

一種鋰離子電池硅碳材料的制備方法，其包括以下步驟：

將至少包含硅基材料和碳材料的混合物，進行機械球磨，最后在惰性氣氛中進行熱處理，得到硅碳復合材料。

作為優選，所述混合物中還包括添加劑和/或分散液。

作為優選，其中所述硅基材料、碳材料、添加劑的質量比為1:1-20:0-5。

作為優選，其中所述硅基材料與分散液的質量比為1:0-10。

作為優選，所述硅基材料為SiOx材料,0≤x≤1。

作為優選，所述碳材料為天然石墨、膨脹石墨和可膨脹石墨的至少其中一種。

作為優選，所述添加劑為蔗糖、葡萄糖、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和碳納米管的至少其中一種。

作為優選，所述分散液為去離子水、乙醇、異丙醇的至少其中一種。

作為優選，所述機械球磨步驟為：先加入碳材料進行球磨，后加入硅基材料共同球磨；或者直接將硅基材料與碳材料混合進行球磨；或者先將硅基材料進行球磨，再加入碳材料共同球磨。

作為優選，所述球磨球料比為1-100:1，球磨時間為1-20h，球磨后硅基材料中值粒徑為100nm-5μm。

作為優選，所述熱處理溫度為600-1100℃，保溫2-6h，所述惰性氣氛為氮氣或氬氣或氦氣。

相較于現有技術，本發明具有以下優點：