[发明专利]锂离子电池负极用硅碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极用硅碳复合材料的制备方法，包括获得含有钝化硅粉、有机碳源、羧甲基纤维素和石墨粉的混合浆料的步骤，该步骤中涉及的钝化硅粉按以下方法进行制备：取球形纳米硅粉，于气氛保护条件下升温至400‑800℃对其进行预热，之后用氧气携带预热纳米硅粉进入气固分离器，所述氧气的进气流量为0.1‑1.5slpm；在预热纳米硅粉进入气固分离器之前，控制预热纳米硅粉与氧气的接触时间≥5min，对气固分离器截留的粉体进行收集，得到钝化硅粉。申请人的试验表明，采用该钝化硅粉和石墨等材料复合化制备成锂离子电池负极用硅碳复合材料时，具有优异的比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料，具体涉及一种锂离子电池负极用硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术

硅的理论储锂容量达到了4200mAh/g，远高于石墨的理论容量(372mAh/g)，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难以引起表面析锂，安全性能更好；地球上硅的含量丰富，硅成为锂离子电池碳基负极升级换代富有潜力的选择之一，是最具发展潜力的新型锂离子电池负极材料。

为了改善硅基复合负极材料的循环寿命和首次放电效率，提高硅材料在脱嵌锂过程中的结构稳定性，常用的方法是采用纳米硅材料与石墨等材料复合化制备成高容量锂离子电池纳米硅基复合负极材料。纳米硅粉是目前唯一具有大规模产业化前景且可以应用于锂离子电池硅基复合材料中的硅源，采用球磨微米硅粉的方法可以大批量制备不规则形状的纳米硅粉，但将此不规则形状纳米硅粉应用于硅基复合负极材料中，由于不规则形状纳米硅粉各个方向的体积膨胀度不一致，容易使SEI膜(固体电解质界面膜)破裂，无法有效发挥纳米硅粉的容量，循环稳定性较差。申请人在研究中发现，采球形纳米硅粉再进行钝化处理可以有效缓解纳米硅粉的体积膨胀问题，进一步提高所得硅碳复合材料的比容量和循环性能，目前尚未发现有关于这方面的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有更高比容量和循环性能的锂离子电池负极用硅碳复合材料及其制备方法。

本发明所述的锂离子电池负极用硅碳复合材料的制备方法，包括获得含有钝化硅粉、有机碳源、羧甲基纤维素和石墨粉的混合浆料的步骤，其中：该步骤中涉及的钝化硅粉按以下方法进行制备：

取球形纳米硅粉，于气氛保护条件下升温至400-800℃对其进行预热，之后用氧气携带预热纳米硅粉进入气固分离器，所述氧气的进气流量为0.1-1.5slpm；在预热纳米硅粉进入气固分离器之前，控制预热纳米硅粉与氧气的接触时间≥5min，对气固分离器截留的粉体进行收集，得到钝化硅粉。

本发明通过对球形纳米硅粉用氧气在特定温度条件下钝化处理特定时间，得到表面具有一层钝化层的钝化硅粉。申请人的试验表明，采用该钝化硅粉和石墨等材料复合化制备成锂离子电池负极用硅碳复合材料时，具有优异的比容量和循环性能。

在钝化硅粉的制备方法中，优选是将纳米硅粉在气氛保护(通常是在如氮气或氩气、氦气等惰性气体)条件下升温至600-800℃对其进行预热；在预热纳米硅粉进入气固分离器之前，从时间及钝化效果考虑，优选控制预热纳米硅粉与氧气的接触时间为5-10min。所述的气固分离器为现有技术中可以实现纳米级粉体与气体混合物的有效分离的气固分离器，如过滤收尘器等。对于控制预热纳米硅粉与氧气的接触时间，可通过在进入气固分离器之前加设一定长度的通道等方式来实现。

本发明所述技术方案中，所述获得含有钝化硅粉、有机碳源、羧甲基纤维素和石墨粉的混合浆料的步骤可与现有技术相同，优选包括：

1)取有机碳源溶于有机溶剂中，然后向其中加入钝化硅粉，分散均匀，得到硅碳分散液；

2)取羧甲基纤维素和石墨粉置于水中，分散均匀，得到石墨浆料；