[發明專利]一種硅碳復合鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201911150324.2
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110707314B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 曹新龍;田占元;曹國林;邵樂;范瑞娟;楊時峰
• 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;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明提供一種硅碳復合鋰離子電池負極材料及其制備方法，包括以下步驟：將微米硅及分散劑加入溶劑中，研磨得到納米硅漿料1；將碳基體加入納米硅漿料1中，攪拌得到混合漿料2；其中碳基體為扁平化的人造石墨、扁平化的天然石墨和扁平化的中間相碳微球中的一種或幾種；將混合漿料2干燥，加入融合機融合，與包覆劑混合，造粒，置于保護氣氛中進行熱處理，置于保護氣氛中高溫碳化處理，破碎、分級、除磁，即得到所述硅碳復合負極材料。能緩沖體積膨脹更好的結構，并實現納米硅在碳基體上的分散并包覆完全，隔絕了納米硅與電解液的直接接觸，使復合材料可形成穩定的SEI膜，極大地提高了電池的使用壽命。

技術領域

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

背景技術

當前，石墨類碳材料是鋰離子電池負極使用的主要材料，包括人造石墨、天然石墨、軟碳、硬碳等。然而，這些材料充放電時，比容量較低(372mAh/g)，已經不能適應電池對能量密度的發展要求。在諸多有潛力代替石墨的負極材料中，硅因具有較高的比容量(理論比容量為4200mAh/g)，成為重點研究的對象，且其電壓平臺略高于石墨負極，充電時不易析鋰，具有較好的安全性能。然而，純硅負極材料，在充放電過程中，隨著鋰離子的嵌入和脫出，體積發生巨大變化，反復變化導致活性物質與集流體分離，嚴重影響電池的循環性能。同時這種巨大的體積變化，使得材料表面無法形成穩定的固體電解質膜(SEI)，SEI不斷地重新生成，消耗大量正極儲鋰，導致容量衰減，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納米化、硅的改性、硅的分散、包覆、顆粒造粒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，石墨空心化造成最終顆粒內部空隙較多，電池制作時，容易在輥壓工序出現顆粒結果坍塌現象，造成納米硅暴露，與電解液接觸，導致該材料的循環性能較差；同時，該方法同向加壓樣品燒結破碎后，易出現納米硅暴露現象，該專利文獻并未進行二次包覆，導致該材料比表面積較大，電池制作時，材料加工性能差。

專利文獻CN 109755517 A公開了一種鋰離子電池用硅碳復合負極材料及其制備方法，該發明利用噴霧干燥技術將納米硅均勻的分散于碳基體表面，并實現了納米硅的完全包覆，制備了一種核殼結構硅碳材料。但該專利文獻中，對噴霧物料先進行包覆劑瀝青的混合，后進行融合整形，導致部分涂覆于碳基體表面的納米硅脫落并發生團聚，影響材料的循環性能。同時，該方法納米硅只分散于碳基體表面，并不能很好的緩沖體積膨脹，使得材料實際應用時，膨脹依然很大。

因此，硅的納米化及保持納米硅在碳基體上的分散性，更好的結構設計用來緩沖體積膨脹，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，提高循環性能，實現硅基負極材料的產業化應用，是本領域亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種硅碳復合鋰離子電池負極材料及其制備方法，設計了一種緩沖體積膨脹更好的結構，并實現納米硅在碳基體上的分散并包覆完全，隔絕了納米硅與電解液的直接接觸，使復合材料可形成穩定的SEI膜，極大地提高了電池的使用壽命。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種硅碳復合鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將微米硅及分散劑加入溶劑中，研磨得到納米硅漿料1；

步驟2，將碳基體加入納米硅漿料1中，攪拌得到混合漿料2；其中碳基體為扁平化的人造石墨、扁平化的天然石墨和扁平化的中間相碳微球中的一種或幾種；