[发明专利]锂电池硅碳负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池负极材料，特别是涉及一种锂离子电池硅碳负极的制备方法。

背景技术

自1992年锂离子电池实现商品化以来，锂电池的应用范围逐渐扩大，从便携式电子产品到军事装备，再到新能源的利用，无不有着锂电池的身影。随着科技的发展和能源危机的加重，人们对高容量、高能量密度的锂电池更加青睐，而负极材料作为锂电池的重要组成部分，已成为各国研究的重点。传统的锂电池负极是碳类材料，理论比容量为372mAh/g，储锂容量较低，并且嵌锂电位接近金属锂的析出电位，高倍率充电时存在安全隐患。

硅作为一种能与锂合金化的金属成为人们研究和关注的对象是因为硅的理论容量为4200mAh/g（Li₂₂Si₅），比碳类材料的11倍还多，并且其嵌锂电位低于锂的析出电位，提高了高倍率充电下的安全性。但是在脱嵌锂的过程中，硅会发生结构的变化，形成严重的体积膨胀和收缩（最高可达300%以上），导致活性物质容易粉化，与集流体之间电接触恶化，进而造成首次不可逆容量高、循环稳定性差等问题。

目前解决硅体积效应的思路主要有两个：硅纳米化和硅复合化。硅纳米化主要包括采用纳米硅粉或纳米硅线，采用射频磁控溅射方法或化学气象沉积的方法直接在集流体上沉积一层纳米硅膜，以及采用高能球磨法将硅粉纳米化等。采用该种思路改善硅的循环稳定性对设备要求比较高，生产成本较高，并且纳米级的硅在循环过程中容易发生团聚和电化学烧蚀的现象，对硅负极性能改善有限。硅复合化主要包括硅与金属合金化，如硅-镍合金、硅-铜合金、硅-钴合金、硅-锡合金、硅-铝合金等，硅与碳复合化，如采用热还原方法制备硅碳复合材料，以及采用沥青做碳源包覆改性等。硅复合化可以引入缓冲介质，在一定程度上减缓硅的体积效应，改善硅负极的循环性能，但效果依然不是很理想，不能满足需求。另外一些研究人员从电极结构和粘结剂着手，通过改变电极结构和粘结剂来改善硅负极的循环性能，但成效不是很显著。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述问题，提供一种能有效延长硅碳负极材料的衰减速度、改善硅碳负极材料循环性能的锂离子电池硅碳负极材料的粘结剂。

本发明的另一目的在于提供采用该种粘结剂制备锂离子电池硅碳负极材料的方法。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种锂电池硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将50～90重量份的微米级硅粉加入球磨罐中，加入溶剂，进行球磨；

2）将10～50重量份的天然石墨加入步骤1）球磨好的工业硅粉中，继续球磨；

3）对步骤2）球磨好的物质进行干燥处理，并将干燥后的物质研细，制得活性物质；

4）称取70～80重量份的所述活性物质、5～20重量份的海藻酸钠和5～20重量份的乙炔黑，加入去离子水，去离子水与海藻酸钠的质量比为1:5~1:1，搅拌均匀后涂在铜箔上，烘干，得到硅碳负极材料。

优选的是，在步骤1）中所述微米级硅粉的粒径为10μm～30μm；所用溶剂为去离子水、无水乙醇或环己烷；球磨时的球料比为10:1～12:1，球磨时间为7～20小时。

优选的是，在步骤2）中，球磨时间为1～5小时。

优选的是，在步骤3）中，将干燥后的物质研磨细后过200目筛。

优选的是，在步骤4）中，所述海藻酸钠的粘度为1.05～1.15Pa·S；烘干的方法为置于干燥箱中于80℃干燥2h，再转移至真空干燥箱中于120℃干燥12h。

本发明中所采用的硅粉为微米级，简单易得，减少了生产成本，通过高能球磨可以使其粒度减小、粒度分布均匀，并且实现部分无定形化，可以在一定程度上改善硅的体积效应；另外，加入天然石墨作为缓冲介质，可以有效地抑制硅在嵌锂、脱锂过程中的体积效应，同时提高了硅与集流体之间的电接触。采用新型粘结剂后有效提高了活性物质与集流体之间的粘结性，避免了材料的粉化和脱落，降低了首次不可逆容量，减缓了硅碳材料的衰减速度，从而改善了硅碳负极材料的循环性能。

附图说明

图1为本发明所用粘结剂的XRD图；

图2为本发明所用粘结剂的FI-IR图；

图3为本发明实施例1制得的锂离子电池硅碳负极材料的电镜照片；

图4为本发明实施例1制得的锂离子电池硅碳负极材料的充放电循环曲线。

具体实施方式