[發(fā)明專利]一種鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011178747.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN112234182B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉艷俠;劉凡;曹相斌;申長(zhǎng)潔;萬爽;阮晶晶;陳仕謀;張鎖江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州中科新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院;中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

1.一種鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述硅碳材料通過液相氫鍵誘導(dǎo)自組裝的方式形成，將納米硅表面修飾后與碳材料中間體在液相條件下混合，在氫鍵誘導(dǎo)作用下形成硅碳前驅(qū)體材料，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾制備得到硅碳材料；

所述硅碳前驅(qū)體材料的制備包括以下步驟：

（1）將納米硅分散于溶劑中，超聲分散并攪拌均勻，逐滴滴加修飾劑溶液，得到分散液A；

修飾劑為植酸、聚丙烯酸、殼聚糖、葡萄糖或蔗糖中的一種或兩種，修飾劑溶液的濃度為10~50%，修飾劑與納米硅的質(zhì)量比為（0.2~1）：1；

（2）將導(dǎo)電性碳材料分散于溶劑中制備成分散液B；

導(dǎo)電性碳材料為碳納米管、石墨烯的任意一種，分散液B的固含量為0.1~2%；

（3）將碳基底材料分散于溶劑中，超聲分散并攪拌均勻，逐滴滴加改性劑溶液，得到分散液D；

碳基底材料為人造石墨、中間相碳微球或軟碳，D50為1~5μm；改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、氨基硅烷偶聯(lián)劑、氨基聚醚有機(jī)硅、或脂肪醇聚氧乙烯醚中的任意一種，改性劑濃度為10~50%，改性劑與碳基底材料的質(zhì)量比為（0.05~1）：1；

（4）將分散液A、B和改性劑溶液同時(shí)逐滴滴加到分散液D中，攪拌得到分散液E；

（5）將分散液E靜置2~4h，收集下層漿料，干燥處理，惰性氣氛燒結(jié)，粉碎并過300目篩，得到硅碳前驅(qū)體材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述步驟（1）中納米硅為球形納米硅或片層納米硅中的一種或者兩種混合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于：所述步驟（5）中燒結(jié)分為兩段燒結(jié)：常溫升至200~300℃，升溫速率2~5℃/min，保溫1h；再升溫至700~1000℃，升溫速率5~10℃/min，保溫2~4h，自然降溫。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于：所述硅碳材料還包括對(duì)硅碳前驅(qū)體材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，具體為：利用添加劑碳對(duì)分散液E或步驟（5）干燥處理后的產(chǎn)物進(jìn)行改性處理，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，修飾后材料經(jīng)惰性氣氛燒結(jié)，得到硅碳材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于：所述結(jié)構(gòu)修飾包括表面修飾或結(jié)構(gòu)整形，其中表面修飾方法使用噴霧干燥機(jī)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)整形使用高溫包覆機(jī)、機(jī)械融合機(jī)或混料機(jī)并配合燒結(jié)爐中的一種來實(shí)現(xiàn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于：所述添加劑碳為蔗糖、葡萄糖、明膠、瓜豆膠、殼聚糖、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚苯胺、乳化瀝青、石油瀝青或煤瀝青中的一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于，表面修飾的具體步驟如下：

（1）將添加劑碳溶液F緩慢滴加至分散液E中，滴加少量分散液B，攪拌均勻形成分散液G；

（2）對(duì)分散液G進(jìn)行噴霧干燥處理，噴霧壓力0.2MPa，進(jìn)口溫度設(shè)為140~200℃，出口溫度90~110℃，進(jìn)料速率3~12 rad/min；

（3）將步驟（2）得到的粉體燒結(jié)處理，常溫升至200~300℃，升溫速率2~5℃/min，保溫1h；再升溫至700~1000℃，升溫速率5~10℃/min，保溫2~6h，自然降溫，得到具有表面修飾碳層的硅碳材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鋰電池負(fù)極用高容量硅碳材料的制備方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)整形的具體步驟如下：

（1）將分散液E靜置2~4h，收集下層漿料，抽濾，然后在鼓風(fēng)烘箱中70℃烘1~3h，轉(zhuǎn)入真空烘箱中100℃烘干2~4h，得到前驅(qū)體H；

（2）將添加劑碳粉體I與前驅(qū)體H按照重量比1:（1~5）在球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械混合，轉(zhuǎn)速100~200 rad/min，混合時(shí)間1~2h；

（3）將步驟（2）混合樣品轉(zhuǎn)入機(jī)械融合機(jī)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)整形，氮?dú)獗Ｗo(hù)，轉(zhuǎn)速設(shè)為1500~2000 rad/min，處理時(shí)間為10~50min；

（4）將步驟（3）得到的粉體燒結(jié)處理，常溫升至200~300℃，升溫速率2~5℃/min，保溫1h；再升溫至700~1000℃，升溫速率5~10℃/min，保溫2~6h，自然降溫，得到具有表面修飾碳層的硅碳材料。