[發明專利]一種高能量密度鋰離子電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911342823.1
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111146418A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 陳成猛;蘇方遠;孔慶強;孫國華;王振兵;戴麗琴;耿文俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 趙禛

1.一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述鋰離子電池負極材料的原料組成及其質量比為：氧化亞硅：無定形碳：石墨化無煙煤=(5~40): (1~20):100；在鋰離子電池負極材料中，納米氧化亞硅顆粒被無定形碳包覆在球形石墨化無煙煤顆粒的表面，同時多個球形石墨化無煙煤顆粒與氧化亞硅的復合物組成二次顆粒團聚體。

2.根據權利要求1所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述高能量密度鋰離子電池負極材料在0.1C放電條件下比容量大于1000mAh/g，首次效率大于80%，經過1000次循環后容量保持率大于80%。

3.根據權利要求1所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述石墨化無煙煤顆粒由無煙煤通過石墨化、粉碎、分級、造粒制得，與常規石墨顆粒相比，所述石墨化無煙煤顆粒表面粗糙，且存在納米級的細小裂紋。

4.根據權利要求1或者3所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述的石墨化無煙煤為石墨化優質無煙煤，石墨化優質無煙煤的石墨化度大于85%，粒徑為5-20μm。

5.根據權利要求1所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述的無定形碳由可炭化的有機前驅體經過炭化制得，所述有機前驅體包括煤基瀝青、石油基瀝青、酚醛樹脂、糠醛樹脂、環氧樹脂中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料，其特征在于：所述納米氧化亞硅顆粒的粒徑為50-300 nm。

7.如權利要求1所述的一種高能量密度鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、無煙煤顆粒在石墨化爐中于2800℃-3300℃進行石墨化，然后將石墨化無煙煤顆粒通過粉碎、分級，篩選出粒徑范圍為5-20μm的石墨化無煙煤顆粒留待后步使用；

S2、將步驟S1中得到的石墨化無煙煤顆粒與納米氧化亞硅顆粒按質量比100:(40-5)混合，混合后進行球磨處理；

S3、將步驟S2中所得到的石墨化無煙煤與納米氧化亞硅顆粒的混合物中加入可炭化的有機前驅體的溶液，混合均勻，形成一次顆粒結構，其中有機前驅體與石墨化無煙煤的質量比為(1-20):100；

S4、將步驟S3中混合均勻的有機前驅體的溶液、石墨化無煙煤顆粒和納米氧化亞硅顆粒的混合物進行噴霧造粒處理，形成二次顆粒結構；

S5、將步驟S4中噴霧造粒處理后得到的固體粉末進行炭化處理，炭化溫度范圍為800℃-1200℃，最終得到納米氧化亞硅包覆石墨化無煙煤顆粒組成的二次團聚結構，制得高能量密度鋰離子電池負極材料。