[发明专利]一种高能球磨制备硅/人造石墨复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及现代电子电池工业技术领域，具体涉及一种高能球磨制备硅/人造石墨复合材料的方法。

背景技术

负极是提高锂离子电池容量、功率和循环性能的关键因素。石墨负极材料的比容量低(理论值为372mAh／g)、高倍率充放电性能差、易发生有机溶剂共嵌入；硅负极材料的储锂比容量(理论值为4200 mAh／g)高，但在循环过程中会产生“体积效应”，在实际应用中受到限制。

用化学气相沉积 (CVD)法制备的硅／碳纳米管复合膜材料，首次脱锂比容量为1592mAh／g，第20次循环的比容量约为1400mAh／g。采用溅射沉积法得到300nm厚的硅／碳纳米纤维(CNF)复合膜材料，以0.05 A／g放电时，首次脱锂比容量约为2528 mAh／g，第105次循环的容量保持率在90％以上。CNF具有良好的应变、应力松弛层，因此复合材料具有较高的容量和良好的循环性能。CVD法制备的复合材料虽然循环性能较好，但存在电压滞后，同时，该方法对设备的要求较高；高温裂解法制备的复合材料可抑制硅的体积效应和阻止材料与电解液的接触，但首次循环的库仑效率较低。

发明内容

本发明旨在提出一种高能球磨制备硅/人造石墨复合材料的方法。

本发明的技术方案在于：

一种高能球磨制备硅/人造石墨复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：复合材料的高能球磨制备：

将硅粉、AG放入玛瑙球磨罐中，加入玛瑙球和无水乙醇，控制球料比和料液比分别为5:1和1:4，用XQM型变频行星式球磨机进行球磨，然后在90℃下真空干燥，完全干燥后，研磨、过400目筛，得到复合材料；

步骤2：电池的组装：

（1）按质量比90：5：2：3称取复合材料、炭黑、羧甲基纤维素钠)和丁苯橡胶，制成浆料并涂覆在9um厚的铜箔上，在80℃下真空干燥16-20h后，以4t的压力压实，冲成直径为16mm的圆片；

（2）在露点小于-50℃的手套箱中，将电极、对电机金属锂片、Celgard 2400隔膜及电解液1 mol／L LiPF₆／EC+DEC组装成CR2430型扣式半电池。

优选地，所述的球磨的转速为400r/min，球磨时间16h。

优选地，所述的干燥时的气压为零下1000pa。

或者优选地，所述的电解液中LiPF₆／EC和DEC的体积比为1:1。

本发明的技术效果在于：

本发明复合材料的脱锂比容量随着硅含量的增加先增大、后降低；复合材料首次效率为70％～80％，复合材料循环10次后基本稳定，循环第40次的可逆比容量保持在309～567mAh／g。硅含量控制在10％～20％，复合材料脱锂比容量和循环性能较佳，原因是石墨分散了硅的膨胀应力，缓冲和抑制了硅的体积效应，克服了石墨容量低和硅体积效应大的问题。

具体实施方式

一种高能球磨制备硅/人造石墨复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：复合材料的高能球磨制备：

将硅粉、AG放入玛瑙球磨罐中，加入玛瑙球和无水乙醇，控制球料比和料液比分别为5:1和1:4，用XQM型变频行星式球磨机进行球磨，然后在90℃下真空干燥，完全干燥后，研磨、过400目筛，得到复合材料；

步骤2：电池的组装：

（1）按质量比90：5：2：3称取复合材料、炭黑、羧甲基纤维素钠)和丁苯橡胶，制成浆料并涂覆在9um厚的铜箔上，在80℃下真空干燥16-20h后，以4t的压力压实，冲成直径为16mm的圆片；

（2）在露点小于-50℃的手套箱中，将电极、对电机金属锂片、Celgard 2400隔膜及电解液1 mol／L LiPF₆／EC+DEC组装成CR2430型扣式半电池。

其中，球磨的转速为400r/min，球磨时间16h。干燥时的气压为零下1000pa。电解液中LiPF₆／EC和DEC的体积比为1:1。