[发明专利]一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法，先将SiO_X和沥青加热混合并过筛分级，得到SiO_X/C材料；然后利用硝酸铝，尿素和SiO_X/C制备前驱体Al(OH)₃‑SiO_X/C；最后经热处理得到Al₂O₃‑SiO_X/C材料。本发明先对SiO_X进行了碳包覆处理，缓解SiO_X充放电时产生的体积效应，工艺简单、制造成本低、产率高。Al₂O₃包覆层能有效减少电解液与SiO_X和碳层接触，而减少材料和电解液的副反应，同时也减少SEI膜的形成。另外，Al₂O₃包覆层可充当SEI膜，本身导Li⁺不导电子，还能提高Li⁺迁移速度。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法。

背景技术

能量高、循环寿命长的锂离子电池在电子设备和电动汽车等领域的需求愈来愈大。在负极材料研究领域，材料硅以超过石墨10倍的理论比容量（4200mAh/g，Li₂₂Si₅）和大的体积能量密度（9786mAh/cm³）成为目前热门的研究对象，硅在嵌锂时有着巨大的体积效应（体积变化约300%），产生的内部应力容易使硅粉化、脱落而限制了其商业化应用。与硅材料相比，SiO材料的理论比容量为2000mAh/g左右，因为具有硅与氧化物的混相结构，能够有效的缓解了硅在充放电过程的体积效应，提高了材料的循环稳定性，从而更容易实现商业化应用。然而，SiO因为同样面临首次库伦效率低、导电性差、循环过程衰减快等缺点。

针对SiO存在的缺点，目前的技术方案大致为歧化处理，CVD碳包覆处理，模版刻蚀处理等。以上歧化处理和刻蚀都是以缓解SiO的体积膨胀为主要目的，碳包覆一方面是缓解体积膨胀，另一方面是减少SiO和电解液接触，在碳层形成稳定SEI膜。经过这些方法处理后SiO的首次效率和循环性能依然不是很理想，仍存在提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种性能优越、成本较低、能够适合产业化的高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法，其创新点在于：具体步骤如下：

（1）在氮气气氛下，按照一定配比将SiOx原材料和沥青在加热混合机中混合均匀，然后加热到700-1000℃，并保温1-4h，然后自然冷却至室温，采用超声振动筛对材料进行分级处理，得到SiOx/C复合材料；

（2）将SiOx/C复合材料加入到去离子水中，然后加入硝酸铝搅拌20min，随后加入弱碱水溶液，并于60-80℃水浴搅拌1-5h，得到混合溶液；

（3）将上述混合溶液经过干燥处理，得到前驱体Al(OH)₃-SiO_X/C材料；

（4）将前驱体材料在氮气气氛下800-1100℃下热处理1-4h，然后自然冷却，得到Al₂O₃-SiO_X/C复合材料，即完成了高首效长寿命的硅碳负极材料的制备，所述Al₂O₃-SiO_X/C复合材料中的Al₂O₃占SiO_X/C的质量比为0.1-5%。

进一步的，所述步骤（1）中的SiOx与沥青的混合质量比为10-20：1，所述SiOx原材料中值粒径为4-8μm，所述0＜x＜2，所述沥青选用煤沥青、石油沥青中的一种。