[发明专利]一种锂离子电池复合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技术领域，尤其涉及一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。

【背景技术】

便携式电子设备的广泛应用和混合动力汽车、纯电动汽车的快速发展对锂离子电池的比能量和循环寿命提出了更高的要求。负极材料是评价锂离子电池综合性能的关键因素之一。目前，商业化锂离子电池中使用最多的是石墨负极。石墨负极具有安全性高、工作电压稳定、循环寿命长的优点，但石墨负极的理论比容量仅为372mAh/g，通过优化电池制备工艺提高比容量的空间已经不大，无法满足锂离子电池高比能量的要求。

硅材料由于理论比容量高(4200mAh/g)、储量丰富、嵌锂电位低(0.2V)而备受关注。然而，以硅材料作为锂离子电池负极材料存在如下缺点：硅在锂离子脱嵌过程中体积变化达到原来的3倍，体积的巨大变化使电极结构遭到破坏，电极材料在铜箔上脱落，影响电极的导电性和循环性；硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，首次库伦效率较低。

鉴于此，实有必要提供一种新型的锂离子电池复合负极材料的制备方法以克服以上缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种有效缓解硅在充放电过程中巨大的体积膨胀、维持材料结构的稳定性、提高首次放电效率、可逆克容量高、电子导电率和离子迁移率高、具有较好的电池倍率性能及循环性能锂离子电池复合负极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一：取一定量的脂肪酸溶于无水乙醇中，取一定量的对甲苯磺酰胺溶于无水乙醇中，将两者均匀混合，加入催化剂或缩合剂反应后提纯，制得对甲苯磺酰胺修饰的脂肪酸溶液；步骤二：向步骤一制得的对甲苯磺酰胺修饰的脂肪酸溶液中逐滴加入浓硫酸，搅拌；然后加入模板剂介孔硅，搅拌一段时间，将混合液置于烘箱中85～100℃干燥1～2h得固体粉末，将固体粉末置于管式炉中，氮气保护下，200～300℃高温煅烧6～8h后，冷却取出，制得氮/硫掺杂的介孔碳材料；步骤三：将步骤二制得的氮/硫掺杂的介孔碳材料在氮气保护下，1000～1200℃高温热处理4～6h，然后自然冷却至室温，制得氮/硫掺杂的介孔石墨材料；步骤四：将步骤三制得的氮/硫掺杂的介孔石墨材料加入至碱性溶液中，室温搅拌2～3h，充分接触反应，静置沉淀，去上清液，将沉淀物经去离子水稀释后过滤，过滤后产物经洗涤后烘干，制得氮/硫掺杂的石墨化有序介孔碳材料；步骤五：取一定质量的硅源以水作为分散剂配成悬浊液，将悬浊液倒入球磨罐内，以2000～3000r/min的转速搅拌后，制得纳米硅分散液；步骤六：取步骤五制得的纳米硅分散液、步骤四制得的氮/硫掺杂的石墨化有序介孔碳材料及粘结剂按一定的质量分数混合，充分分散并进行喷雾干燥，将干燥产物放在通有氩气的管式炉中进行烘烤，制得最终的锂离子电池复合负极材料。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中的脂肪酸为硬脂酸、油酸、棕榈酸、月桂酸中的一种。

在一个优选实施方式中，所述步骤四中的碱性溶液为氢氧化钠溶液。

在一个优选实施方式中，所述步骤五中的硅源为硅单质或氧化亚硅。

在一个优选实施方式中，所述步骤六中混合的纳米硅分散液的质量分数为10％～15％，氮/硫掺杂的石墨化有序介孔碳材料的质量分数为55％～60％，粘结剂的质量分数为25％～30％。

在一个优选实施方式中，所述步骤六中的粘结剂为酚醛树脂或环氧树脂。

在一个优选实施方式中，所述步骤六中的烘烤步骤为：以5℃～6℃/min的升温速率升高到400℃～600℃，保温1～2h，然后升温到900～1200℃保温3～5h，接着以5℃～6℃/min的速率降温到400～600℃，保温1～2h，最后随管式炉冷却到室温。

在一个优选实施方式中，所述步骤一中脂肪酸的质量为8～10g，所述对甲苯磺酰胺的质量为0.5～1.0g。

在一个优选实施方式中，所述步骤二中滴加的浓硫酸的质量为0.5～1.0g。

在一个优选实施方式中，所述步骤五中硅源的质量为5～10g。

相比于现有技术，本发明提供的锂离子电池复合负极材料的制备方法，锂离子电池复合负极材料的电子导电率和离子迁移率高，提高了电池倍率性能和循环性能。

【附图说明】

图1为本发明提供的实施例1中步骤(4)制备的氮/硫掺杂的石墨化有序介孔碳材料的X射线衍射图谱；

图2为本发明实施例1制备的最终的锂离子电池复合负极材料与传统石墨的SEM图；