[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010734575.1
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN114005964A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 崔日俊;李國敏
• 申請（專利權）人: 深圳格林德能源集團有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種硅碳復合負極材料及其制備方法，所述的制備方法包括以下步驟包括改性納米硅粉末、碳包覆納米硅粉末、融合體、及硅碳復合負極材料的制備。本發明通過將導電劑均勻分散在樹脂中，以樹脂為載體，均勻地附著在納米硅的表面，然后樹脂經過固化，形成交聯網絡結構，進一步高溫熱處理，形成網狀結構的無定型碳，可以有效地抑制硅基材料的體積膨脹效應，同時極大地提高硅碳復合材料的電子電導性，使得電池的倍率性能及低溫性能得到明顯提升；本發明通過瀝青將已碳包覆的硅納米粉末粘接在一起，進行融合，使材料的形貌更加規整，同時碳化處理，在材料表面形成多層碳包覆，進一步提高了材料的電性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及到一種硅碳復合負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著市場對高能量密度鋰離子電池的需求，鋰離子電池硅負極材料因其高達4200mAh/g的克容量、較低的脫離電位和豐富的存儲量而廣泛受到關注與研究。然而，在充放電過程中，鋰離子的反復脫嵌將會導致硅負極材料極高的體積膨脹，由此產生的機械應力將造成材料晶格結構的崩潰及SEI膜反復破裂修復，增加內阻，久而久之出現粉化甚至剝落，從而導致硅負極材料之間及硅負極材料與集流體之間失去電接觸，進一步增加內阻，最終導致容量跳水，性能迅速衰退?；谏鲜霾蛔悖毙栝_發一種硅基負極材料以滿足現在的需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種硅碳復合負極材料及其制備方法，旨在抑制硅基材料的體積膨脹效應，降低電池內阻，提高電池的倍率性能、低溫性能及循環性能。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種硅碳復合負極材料的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟：

S1：將樹脂溶解在有機溶劑中，然后加入導電劑，攪拌分散均勻，再加入納米硅，混合分散均勻，過濾，干燥，得到改性納米硅粉末；

S2：將S1中制備的改性納米硅進行固化交聯，冷卻后在惰性氣體氛圍下以一定的升溫速率升至高溫，進行高溫熱處理，經粉碎制備得到碳包覆納米硅粉末；

S3：將S2中制備的碳包覆納米硅粉末與粘接劑按一定比例加至融合設備中進行融合，制備得到融合體；

S4：將S3中的融合體在惰性氣體氛圍下進行碳化處理，即可制備得到硅碳復合負極材料。

所述的樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂、脲醛樹脂、糠醛樹脂中的一種或多種。進一步地，所述的樹脂為酚醛樹脂、環氧樹脂中的一種或多種。

所述的導電劑為石墨烯、碳納米管、導電碳纖維中的一種或多種。進一步地，所述的導電劑為石墨烯、碳納米管中的一種或多種。

所述的固化交聯溫度為80~150℃。進一步地，所述的固化交聯溫度為90~130℃。

所述的升溫速率為1~5℃/min，高溫熱處理溫度為700~1200℃，高溫熱處理時間為1~5h。進一步地，所述的升溫速率為1~3℃/min，高溫熱處理溫度為800~1100℃，高溫熱處理時間為1~3h。

所述的粘接劑為瀝青，其與碳包覆納米硅粉末的質量比為5~15:100。進一步地，所述的粘接劑為瀝青，其與碳包覆納米硅粉末的質量比為7~13:100。

所述的融合時間為100~500s。進一步地，所述的融合時間為150~400s。

所述的碳化溫度為800~1300℃，碳化時間為10~24h。進一步地，所述的碳化溫度為900~1300℃，碳化時間為10~20h。

本發明的有益效果在于：

（1）本發明通過將導電劑均勻分散在樹脂中，以樹脂為載體，均勻地附著在納米硅的表面，然后樹脂經過固化，形成交聯網絡結構，進一步高溫熱處理，形成網狀結構的無定型碳，可以有效地抑制硅基材料的體積膨脹效應，同時極大地提高硅碳復合材料的電子電導性，使得電池的倍率性能及低溫性能也得到明顯提升；