[发明专利]一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体地说是一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对化学电源(电池)的性能提出了更高的要求。如：集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点。

空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高比能量和长储存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动汽车的发展日益关注，而这种电池则应具有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，铿电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点脱颖而出，受到世界各国的重视。

对非碳负极活性材料的研究表明，有许多高储锂性能的金属或合金类材料可以作为负极活性材料使用，其中硅因为具有嵌锂比容量大，其理论比容量高达4200mAh/g而成为目前最具有吸引力的一种负极活性材料。

然而，硅在脱嵌锂的过程中存在严重的体积效应，在电池的充放电过程中由于体积膨胀而产生较大的机械应力，导致使用硅做负极活性材料的电池循环稳定性变差，直接阻碍了它的工业化应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，在保留嵌锂大比容量的同时，解决了硅在脱嵌锂的过程中存在的体积效应，电池采用该材料后，其首次循环效率大大提高。

为实现上述目的，设计一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：

(1)球磨：把重量比为10～90∶1的人造石墨粉与硅粉在氩气气氛中球磨10～20h制得人造石墨/硅复合材料；

(2)改性预处理：将100～1000g焦油溶解于2000～6000g无水乙醇中，得到焦油溶液，向焦油溶液中加入球磨后所得的人造石墨/硅复合材料，人造石墨/硅复合材料：焦油溶液的重量比＝1∶0.2～10，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌1～10h，制得混合溶液；

(3)低温热处理：将所制得的混合溶液放入20～50℃的烘箱真空干燥1～8h，然后再升温至110～130℃真空干燥1～8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨15～60min，得到样品；

(4)高温热处理：将样品放在保护气体氛围中按照10℃/min的升温速度升温至700℃并保温1～5h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30～60min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料成品。

所述的硅粉的粒径在1nm～50μm。

所述人造石墨粉采用石油系焦或煤系焦制备的人造石墨、中间相碳微球石墨中的一种或多种。

所述的人造石墨粉的D50的粒径为1μm～50μm。

所述的焦油采用石油系焦油或煤系焦油。

本发明同现有技术相比，制备出的材料，在保留嵌锂大比容量的同时，解决了硅在脱嵌锂的过程中存在的体积效应；另外，制备出的材料做电池负极，较之石墨负极材料具有电池能量密度高，安全可靠，价格低廉的优点；该材料的比容量大于500mAh/g，首次循环效率大于80％，充放电性能优良。

附图说明

图1为本发明实施例3中软包电池循环测试曲线。

图2为本发明实施例3的SEM扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案做进一步地描述。

以下各例中所述的人造石墨粉为石油系焦或煤系焦制备的人造石墨、中间相碳微球石墨中的一种或多种。所述的焦油采用石油系焦油或煤系焦油。

实施例1

球磨：把重量比为800g、D50的粒径为16μm的人造石墨粉与10g、D50粒径为200nm的硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；

改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取200g焦油溶液中加入100g上述所得的人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；

低温热处理：将所制得混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃的真空干燥8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨30min，得到样品。

高温热处理：将制得的样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至700℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料。

实施例2