[發明專利]一種鋰電池硅碳負極球磨復合的方法

在審

• 申請號: 202110047369.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112701292A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞;劉超;李鈞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525;B02C17/10
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本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種鋰電池硅碳負極球磨復合的方法。本發明通過對硅粉和碳粉分別使用氨基和酰氯基進行接枝處理，通過縮合反應形成酰胺使硅粉與碳粉復合，加入熱固性粉末涂料，進行低溫熱處理，即可獲得具有較好復合性能的硅碳負極材料，反應過程中不涉及高溫燒結，生產過程簡單可控，可以有效降低生產成本，適宜于大規模工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種鋰電池硅碳負極球磨復合的方法。

背景技術

鋰離子電池作為現有新能源汽車的主要動力來源之一，經過幾十年來的發展，已經逐漸實現商業化。但續航里程和充電時間仍然是電動汽車的短板。為了提高續航里程，電池的正極材料由磷酸鐵鋰過渡到NCM三元體系，然而傳統的石墨負極容量已經難以匹配高容量的正極材料，因此硅碳負極應運而生。

硅碳負極材料具有較高的理論比容量，但在使用過程中硅鋰合金的形成伴隨著巨大的體積變化，導致硅碳負極材料的循環容量不佳，目前解決這一問題的主要手段為使用碳對硅粉進行包覆緩沖。機械球磨法具有方便快捷、產量大的優勢，但其復合能力和顆粒團聚問題是制約其量產的主要問題。針對這些問題，專利CN108110233A提出了一種硅碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：將二氧化硅、碳材料、粘結劑混合、得到混合物；對混合物進行燒結處理，得到前驅體、將前驅體中的二氧化硅還原為單質硅，制得硅碳復合材料，進一步將上述硅碳復合材料制備成鋰電池負極片，這種方法雖然能夠一定程度上抑制硅碳負極的體積膨脹效應，但存在二氧化硅難以完全還原為單質硅的問題。專利CN111807345A提出了一種硅碳復合材料、其制備方法、鋰電池負極材料及鋰電池，該制備方法包括：步驟S1，將納米硅、碳源、刻蝕劑、粘結劑及溶劑進行混合，得混合物；步驟S2，將混合物進行一次碳化處理，得到類石墨烯碳膜包覆硅材料；步驟S3，將類石墨烯碳膜包覆硅材料、碳系列導電劑和高分子導電劑進行混合、壓實成型，得成型料坯；以及步驟S4，將成型料坯進行二次碳化處理，得到硅碳復合材料；其中，刻蝕劑為堿金屬鹽，上述工藝能夠解決現有技術中的納米硅復合材料中碳包覆不均導致的硅碳材料的壓實密度低和面負載量低，但仍然難以避免在使用過程中的體積膨脹導致的硅碳負極剝離的問題。專利CN102651476B提出了一種鋰離子電池硅碳復合負極材料及其制備方法，通過分別加入陰陽離子分散劑對粉末進行分散后復合，但這種復合方式仍然難以擺脫高溫碳化工藝，對生產成本影響較大。因此，針對硅碳負極球磨復合工藝的改進具有十分重要的實際意義。

發明內容

針對現有硅碳負極球磨工藝復合性能較差的問題，本發明通過對硅粉和碳粉分別使用氨基和酰氯基進行接枝處理，通過縮合反應形成酰胺使硅粉與碳粉復合，進一步加入熱固性粉末涂料研磨，通過研磨和熱固化粘接，即可獲得具有較好復合性能的硅碳負極材料。

一種鋰電池硅碳負極球磨復合的方法，其特征在于制備步驟如下：

（1）將100重量份碳粉與180-200重量份體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸的混合酸混合攪拌15min，70℃回流處理6h，水洗至接近中性，干燥，然后用20-25重量份亞硫酰氯在70℃下處理24h，使用THF洗滌過濾干燥，獲得酰氯改性碳粉；

（2）將100重量份硅粉加入200-220重量份無水乙醇中配置為分散液，加入30-40重量份3-氨基丙基三乙氧基硅烷，60℃下加熱攪拌1-2h，過濾真空干燥獲得氨基改性硅粉。

（3）分別取步驟（1）中40-50重量份酰氯改性碳粉和無水乙醇混合攪拌15min，緩慢加入步驟（2）中的20-25重量份改性硅粉，控制溶液體系固含量為20%-30%，并保持快速機械攪拌，待改性硅粉完全加入后將溶液體系轉移至球磨機中球磨4-6h，加入1-3重量份熱固性粉末涂料研磨30-45min；獲得的漿料真空烘干后置于馬弗爐中，在惰性氣氛保護下120-130℃熱處理1-2h，熱處理樣品經研磨、洗滌、烘干后獲得硅碳負極材料。

優選的，步驟（1）中碳粉平均粒徑為1-10μm，控制粉體的粒徑有利于保證良好的硅碳復合效果，降低體積膨脹效應中硅碳剝離程度。