[发明专利]一种硅碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1在去离子水中加入1‑20wt%的水溶性高分子粘结剂进行搅拌分散成胶液，分散时间为1‑5h；S2在胶液中加入5‑50wt%的硅粉和0.1‑10wt%的水溶性高分子分散剂进行搅拌分散，分散时间为5‑24h；S3将步骤S2中分散后的溶液进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至100‑300℃，恒温0.5‑5h，再升温至500‑1500℃，高温碳化2‑10h后得到硅碳复合材料。该制备方法制得的负极材料可有效抑制硅充放电过程中的体积变化，提升了电池循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体来说，涉及一种硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

为了进一步发展和普及电动汽车，要求电动汽车具有续航里程长，安全性高等特点，而目前已经商业化的碳负极材料理论比容量仅有375mAh/g，能量密度低；嵌锂电位接近锂电位，安全性能差，远远不能满足人们对电动汽车性能的要求。

硅是当下热门研究的新型负极材料之一，被认为最有潜力替代碳材料，因为硅的能量密度高，理论比容量高达4200mAh/g，是碳材料的10倍多；硅的嵌锂电位高于析锂电位，安全性高。然而硅在脱嵌锂过程中体积变化巨大，最高可达300%，硅在充放电过程中体积不断的膨胀和收缩，造成SEI膜持续破裂，电解液大量消耗，活性物质粉化脱落等，从而导致循环性能变差，容量迅速衰减，电池失效，这些都极大的限制了硅负极的大规模商业化应用。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种硅碳复合负极材料的制备方法，能够减小硅负极体积变化，提高硅负极循环性能。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1 在去离子水中加入1-20wt%的水溶性高分子粘结剂进行搅拌分散成胶液，分散时间为1-5h；

S2 在胶液中加入5-50wt%的硅粉和0.1-10wt%的水溶性高分子分散剂进行搅拌分散，分散时间为5-24h；

S3 将步骤S2中分散后的溶液进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至100-300℃，恒温0.5-5h，再升温至500-1500℃，高温碳化2-10h后得到硅碳复合材料。

进一步的，步骤S1中，所述水溶性高分子粘结剂为聚乙烯醇类、乙烯乙酸酯类、聚氨酯类、环氧类、酚醛类、有机硅类、橡胶类、羧甲基纤维素中的一种或多种。

进一步的，步骤S2中，所述水溶性高分子分散剂为丙烯酸类、马来酸酐类中的一种或多种。

进一步的，步骤S2中，所述硅粉的粒径为0.1-50μm。

进一步的，步骤S3中，升温时的升温速率为1-30℃/min。

进一步的，步骤S3中，所述的高温碳化气氛为氮气、氩气、氮气氢气混合气、氩气氢气混合气中的一种。

本发明的有益效果：本发明制备工艺简单，所用溶剂为去离子水，价格低廉，绿色无污染，无需回收，节约成本，易于产业化；本发明制备出来的硅碳复合材料颗粒包覆均匀，球形度高，循环性能优异。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 为实施例1的硅碳复合材料的SEM图；