[发明专利]一种锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将片状石墨、聚合物溶液和纳米硅分散液混合均匀并干燥，然后在保护气氛下进行碳化处理；2)将沥青与球形石墨混合，经研磨后置于惰性保护气氛中进行热处理，得到改性的球形石墨；3)将粘结剂与改性球形石墨以及步骤1)碳化处理后的混合材料加入溶剂中并分散均匀，干燥，得到前驱体材料；4)将前驱体材料进行碳化处理，即得到硅碳复合负极材料。本发明的制备方法过程中，不需要添加特殊的分散剂，利用聚合物溶液本身存在的一些离子团以及较高的粘度，使纳米硅均匀分散在石墨中，并且聚合物溶液具有一定的稳定性，降低了在干燥过程中纳米硅发生团聚的可能性。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度、高并且稳定的工作电压、较长循环寿命且较环保等优点，被广泛应用于便携式设备。随着各种电子设备以及电动汽车的快速发展，人们对锂离子电池的能量以及循环寿命的要求越来越高。负极材料是电池中的重要组成部分，其与正极材料一起决定着锂离子电池的循环寿命、容量和安全性等关键性能，成为各国研究的重点。目前商业化的锂离子电池负极主要是碳质材料，其理论比容量为372mAh/g，限制了锂离子电池的整体容量的提高，已经不能满足市场的需求，而且该类材料的储锂电位与金属锂的析出电位接近，在高倍率充电时存在一定的安全隐患。硅是一种能与锂合金化的金属，作为负极材料时理论容量可达到4200mAh/g(Li22Si5)，且储量丰富，有着较为合适的嵌锂电位，具有较高的安全性。但是，硅在与锂合金化和去合金化的过程中，存在巨大的体积变化(>300％)，容易导致活性物质粉化，从集流体上脱落，从而严重影响到电池的循环性能，并且硅还存在电子导电率低的问题。现在一般用于解决该类问题的方法就是将硅的尺寸降低至纳米级之后与碳质材料进行复合化，利用纳米硅的特殊力学性能减缓硅的体积效应，碳质材料能够提高材料的电导率，并且可以作为缓冲基质，为硅体积变化过程中产生的应力提供一定的缓冲作用。但是，纳米硅表面活性较高，在复合材料制备过程中纳米硅表面活性较高，易发生团聚，导致所得材料硅分布不均，循环性能改善有限，所以一般在材料制备过程中使用分散剂。另外，纳米硅与石墨的简单混合制备所得到的复合材料由于结构不够稳定，硅与石墨的粘接能力不好，导致充放电过程中结构易遭到破坏，需加入大量的有机碳来提高结构的稳定性，虽然最后能够提高材料在充放电循环过程中的比容量保持率，但是材料的首次库仑效率会降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种锂离子电池用硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将片状石墨、聚合物溶液和纳米硅分散液混合均匀并干燥，然后在保护气氛下进行碳化处理；其中聚合物溶液为羧甲基纤维素钠水溶液、聚四氟乙烯分散液、聚丙烯酸酯乳浊液、聚丙烯酸溶液、海藻酸钠溶液中的一种或几种；

2)将沥青与球形石墨混合，经研磨后置于惰性保护气氛中进行热处理；

3)将粘结剂与步骤2)得到的热处理后的球形石墨以及步骤1)碳化处理后的混合材料加入溶剂中并分散均匀，干燥，得到前驱体材料；

4)将步骤3)得到的前驱体材料进行碳化处理，即得到所述硅碳复合负极材料。

上述的制备方法，优选的，所述步骤1)中，聚合物溶液的固含量为1％～50％，聚合物溶液中的固体质量与纳米硅的质量比为1:10～10:1。

上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，沥青为煤沥青；煤沥青与球形石墨的质量比为1:1～1:20。