[發明專利]一種高容量硅基負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011154504.0
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112234179A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張鎖江;劉艷俠;申長潔;劉凡;曹相斌
• 申請（專利權）人: 鄭州中科新興產業技術研究院;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/05;C01B32/21;C01B33/02
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種高容量硅基負極材料的制備方法，步驟如下：（1）將納米硅、石墨及包覆型粘結助劑按一定比例混合預處理，在惰性氣氛保護下，投入到混料機中進行固相混合，攪拌后得到混合物料；（2）將步驟（1）得到的混合物料在惰性氣氛保護下，進行高溫熱壓融合造粒處理，得到造粒中間相物料；（3）在惰性氣氛保護下，將造粒中間相物料進行高溫碳化處理，冷卻后材料經破碎、過篩、除磁工序，得到硅基負極材料。本發明采用簡單的多元固相混合、機械融合熱壓造粒方法制備得到容量高、振實密度高、粒度均勻的鋰離子電池負極材料，有效抑制硅在充放電過程中引起的粉化現象，綜合提高材料的電化學性能。

技術領域

本發明涉及負極材料制備領域，具體涉及一種高容量硅基負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池以其高能量密度、長循環壽命、無記憶效應等優點，在便攜式電子產品等領域已經迅速普及。隨著各種產品對電池質量、功能以及使用時間上的需求不斷增加，對鋰離子電池產品的容量要求也日益提高。負極材料在鋰離子電池中發揮著重要作用，硅碳材料作為鋰離子電池負極材料，具有較高的儲鋰容量（其理論容量高達4200mAh/g），遠超于當前的石墨材料（372mAh/g），作為一下代鋰離子電池負極材料備受關注。

但硅材料在脫鋰嵌鋰過程中，存在嚴重的體積效應（體積膨脹高達300%），導致材料結構坍塌及活性物質脫落，從而使得循環穩定性大大下降，制約其在鋰離子電池負極材料中的應用。當前主要通過以下幾個方面改善硅基碳材料的電化學性能：（1）降低材料顆粒尺寸；（2）制備硅基薄膜材料；（3）合成硅基復合材料；（4）制備特殊結構硅基材料，如核殼結構材料、球型硅/石墨復合材料等，緩解材料充放電過程中產生的體積膨脹，提高材料的綜合性能。

專利CN 102891297A提供了一種以羥甲基纖維素鈉為粘結劑，采用液相包覆技術，同時通過噴霧干燥技術造粒制備硅碳復合材料，改善硅碳材料循環性能，且比表面積小，但這種制備方法制備的成本較高，且噴霧干燥產率較低，不適合產業化生產。專利CN111146430A提供了一種多孔核殼結構硅碳材料的制備方法，優化了硅碳材料的倍率性能，但是這種工藝制備的結構內部微孔過多，在實際應用中容易造成材料不抗壓，振實密度低，降低電池整體的能量密度。因此，開發出一種新的硅基材料制備方法，提高硅碳材料綜合性能是當前的研究熱點。

發明內容

本發明提出了一種高容量硅基負極材料的制備方法，該制備方法操作簡單，制備的負極材料具有高容量、高首效、高振實、循環性能好等優點，適宜于工業化生產。

實現本發明的技術方案是：

一種高容量硅基負極材料的制備方法，步驟如下：

（1）將納米硅、石墨及包覆型粘結助劑按一定比例混合預處理，在惰性氣氛保護下，投入到混料機中進行固相混合，攪拌后得到混合物料；所述納米硅粒徑為20~200nm，純度≥97%，石墨為天然石墨或人造石墨，粒徑D50約為2μm；

（2）將步驟（1）得到的混合物料在惰性氣氛保護下，進行高溫熱壓融合造粒處理，得到造粒中間相物料；

（3）在惰性氣氛保護下，將造粒中間相物料進行高溫碳化處理，冷卻后材料經破碎、過篩、除磁工序，得到硅基負極材料。

所述步驟（1）中納米硅、石墨及包覆型粘結助劑的質量百分比分別為10-40%、30-80%、10-40%。

所述步驟（1）中在氬氣保護下混合，混合時轉速為130~160r/min，混合時間為3~6h。

所述包覆性粘結助劑為瀝青類、糖類或樹脂類有機物中的一種或兩種以上混合物。

所述包覆性粘結助劑為軟化點為150~300℃的石油瀝青。