[發明專利]一種鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010558901.8
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111725507B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 宋宏芳;趙東輝;周鵬偉
• 申請（專利權）人: 深圳市翔豐華科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 吳成開;徐勛夫

本發明公開一種鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料的制備方法，通過采用簡單的控制氮氣氣氛保護爐的爐壓，使瀝青揮發出的煙在硅碳負極表面形成一個氣固兩相的界面，最里層是瀝青的固相包覆，外層則是瀝青揮發出的煙氣組分的氣相包覆，采用氣相包覆作為固相包覆的補充二次包覆的方法，得到的外層碳包覆層均勻且致密，降低了材料比表面積，隔絕了硅與電解液的直接接觸，提高了電池循環性能。同時瀝青的用量可以進一步降低，使用不到5%的瀝青用量，殘碳率進一步降低，所以，通過此方法制備出的硅碳負極材料具有高的壓實密度、優良的循環性能。

技術領域

本發明涉及負極材料領域技術，尤其是指一種鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著各種便攜式電子設備及電動汽車的廣泛應用和快速發展，人們對各類電產品電源的需求和性能要求也越來越高，鋰離子二次電池以其高功率特性等優越的綜合性能在近十年來成功并廣泛應用于移動電子終端設備領域。

鋰離子電池性能的改善主要取決于嵌脫鋰電極材料的性能。目前，商用鋰離子電池廣泛采用中間相碳微球和改性石墨作為負極材料，但存在理論儲鋰容量較低 ( 石墨為372mAh/g)，易發生有機溶劑共嵌入等缺點，因此高容量鋰離子電池負極材料的研究與應用已成為提高電池性能的關鍵。在已知的儲鋰材料中，硅具有最高的理論容量（不包括嵌入鋰的質量時，約為 4200mAh/g）和較為適中的嵌脫鋰電位（約 0.1-0.5V v s.Li/Li + ），非常適用于作鋰離子電池的負極材料。但是硅基材料在高程度嵌脫鋰條件下，存在嚴重的體積效應，容易導致材料的結構崩塌和電極材料的剝落而使電極材料失去電接觸，從而造成電極循環性能急劇下降。

專利文獻CN 107408681 A公開了一種硅負極活性物質及其制備方法，該發明將硅納米化和預氧化，同時在硅外層進行碳包覆，抑制硅膨脹，增強硅粒子之間的導電性。但其用含有有機碳源的溶液進行液相二次包覆，使得外層碳包覆層不均勻，同時，有機碳源殘碳量低，熱分解后材料比表面積較大，納米硅易于電解液接觸，導致循環性能較差。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料及其制備方法，其通過控制爐壓實現兩相包覆制備高壓實硅碳負極材料制備方法，克服了目前硅碳材料表面碳包覆不均且難以完整的缺陷，并提高了壓實密度；本發明制備出的負極材料首次可逆容量大和循環性能優良，制備方法簡單，可大規模制備，成本低。

為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案：

一種鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）混料：

將石墨前驅體、粘結劑、納米硅按照一定比例加入機械融合機中處理5-20min，得到硅碳負極材料前驅體；

（2）兩相包覆碳化：

將步驟（1）得到的硅碳負極材料前驅體置于氮氣氣氛保護爐中進行碳化，以 2～25℃/min 的升溫速率升至400～1000℃并保溫4～18小時，過程中持續通入氮氣，并且爐壓控制在100-150Pa，碳化完成后，粉碎篩分得到鋰離子電池用高壓實硅碳負極材料。

作為一種優選方案，所述步驟（1）中石墨前驅體為人造石墨或者天然石墨的一種或幾種混合，平均粒徑D50為5～10μm。

作為一種優選方案，所述步驟（1）中粘結劑為煤系或者油系瀝青的一種或幾種混合，軟化點為200-300℃。

作為一種優選方案，所述步驟（1）中納米硅的平均粒徑D50為10～100 nm。

作為一種優選方案，所述步驟（1）中機械融合機處理時的轉速為600～1000 rpm。

作為一種優選方案，所述步驟（1）中石墨前驅體、粘結劑、納米硅的質量比為1:0.005-0.03:0.01-0.1。