[发明专利]一种硅‑天然石墨‑沥青碳的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料及其制备方法。

背景技术

硅因高的比容量和丰富的资源被认为是目前广泛使用的石墨负极材料的理想替代材料。然而，因其在循环过程中巨大的体积变化导致的极差的循环性能和低的库仑效率严重妨碍了它的实际应用。为此，学者们进行了大量研究工作，主要包括减小硅的粒径，利用硅薄膜或将硅制备为硅粉基复合材料等。尽管纳米级厚度的硅基薄膜表现出较好的电化学性能，然而，考虑到实际电池的制备成本和电极提供的总容量，硅基薄膜很难被广泛应用；加之纳米硅在循环过程中的剧烈团聚和电解液的持续分解使其实际应用也受到严重限制。相对而言，硅粉基复合材料具有更好的商业化前景。在硅粉基复合材料中，硅碳复合材料是一个重要研究方向。碳是离子与电子的混合导体，不仅在充放电过程中体积变化小，而且具有良好延展性和弹性，有利于改善硅电极的导电性和缓冲硅的体积变化。而且，碳与硅的嵌锂电位相近，它们的复合对材料容量损失相对较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料，包括以下重量份的原料：

硅粉：20~30%，天然石墨：45~60%，沥青碳：15~35%。

优选地，一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料，包括以下重量份的原料：

硅粉：25~30%，天然石墨：50~60%，沥青碳：20~35%。

优选地，一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料，包括以下重量份的原料：

硅粉：30%，天然石墨：40%,沥青碳：30%。

所述的硅粉纯度为99.5%，平均粒径为100nm。

所述的天然石墨纯度为99%，平均粒径为5um。

所述的沥青碳软化点为270℃。

一种硅-天然石墨-沥青碳的复合材料的制备方法，包含以下步骤：

（1）按重量份称取相应分数的原料，将沥青碳配置成甲苯溶液；

（2）将原料放在球磨机中进行球磨，球料比为10:1，并在球磨罐中冲入惰性气体，球磨转速为200r/min；

（3）球磨24小时后出料烘干；

（4）将烘干后的固体物质在真空炉中升温至1200℃进行处理，保温两小时；

（5）自然冷却后得到硅-天然石墨-沥青碳复合材料。

有益效果

本发明所制作的硅-天然石墨-沥青碳复合材料，可以用在电池制作过程中充当活性物质，且在循环性能测试中符合电池制作要求。

实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明，但是本发明并不局限于这些实例。

实施例1：

按重量份取以下原料：30份硅粉，40份天然石墨，30沥青碳。

（1）按重量份称取相应分数的原料，将沥青碳配置成甲苯溶液；

（2）将原料放在球磨机中进行球磨，球料比为10:1，并在球磨罐中冲入惰性气体，球磨转速为200r/min；

（3）球磨24小时后出料烘干；

（4）将烘干后的固体物质在真空炉中升温至1200℃进行处理，保温两小时；

（5）自然冷却后得到硅-天然石墨-沥青碳复合材料；

本实施例的产品测得可逆容量达到625mAh.g^-1,可经50个循环没有衰减。

实施例2：

按重量份取以下原料：20份硅粉，60份天然石墨，20沥青碳。

（1）按重量份称取相应分数的原料，将沥青碳配置成甲苯溶液；

（2）将原料放在球磨机中进行球磨，球料比为10:1，并在球磨罐中冲入惰性气体，球磨转速为200r/min；

（3）球磨24小时后出料烘干；

（4）将烘干后的固体物质在真空炉中升温至1200℃进行处理，保温两小时；

（5）自然冷却后得到硅-天然石墨-沥青碳复合材料。

本实施例的产品测得可逆容量达到562mAh.g^-1,可经62个循环没有衰减。

实施例3：

按重量份取以下原料：30份硅粉，50份天然石墨，20沥青碳。

（1）按重量份称取相应分数的原料，将沥青碳配置成甲苯溶液；

（2）将原料放在球磨机中进行球磨，球料比为10:1，并在球磨罐中冲入惰性气体，球磨转速为200r/min；