[发明专利]一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。具体制备步骤如下：经过配置酸性溶液、前驱体A制备、前驱体B制备；将有机碳源和前驱体B充分混合，在管式炉或箱式炉中，于保护气氛下升温至400～1200℃，并在该温度下保温0～20h，随后降温至室温；将热解后的产物充分研磨成粉末，便得到硅碳复合负极材料。该复合负极材料以石墨为基体材料，硅均匀的分布在石墨基体上，同时产生的微纳纤维碳结构与硅、石墨、集流体构成独特的多级导电网络，提高材料的导电性，具有较高的比容量，进而综合提升材料的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

随着3C行业的快速发展，作为主要配件的锂离子电池也成为极具前景的一个朝阳产业。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电少、充电速度快及环境友好等优点，是目前发展最快市场前景最好的二次电池。同时能源消耗日渐增加，环境污染日益严重，因此环保无污染的新能源汽车受到了各国政府和企业的广泛关注。动力电池作为电动汽车的核心部分，《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划：2020年，电池能量密度达到300Wh/kg；2025年，电池能量密度达到400Wh/kg。

要实现上述目标，迫切需要开发出高能量密度锂离子电池。目前，锂离子电池普遍采用的石墨负极理论容量仅为372mAh/g，实际容量已经接近极限，很难再有提高，难以满足电动汽车对电池能量密度越来越高的需求。

硅的理论容量为4200mAh/g，是石墨容量的十余倍，是目前最具产业化前景的锂离子电池负极材料。但是硅在充放电过程中的的体积变化高达300％，容易引起活性材料粉化、脱落，并最终导电池容量的快速衰减，进一步限制了其商业化应用。因此开发循环性能优异的硅碳复合材料成为本领域技术人员所关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，该方法制备的硅碳复合负极材料具有较高的比容量和优异的循环性能。

本发明提供了一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，所述硅碳复合负极材料由硅、碳和石墨三种材料复合而成，独特的微纳纤维碳均匀的分布在石墨基体上；所述硅为粒度为30～500nm的纳米硅，所述硅分布在石墨片上。具体制备步骤包括：

(1)酸性溶液的配置：将有机酸和对应的有机酸碱金属盐溶于水中，搅拌均匀，得到pH值为2～6的酸性溶液待用；

(2)硅碳复合负极材料前驱体A的制备：将石墨和硅和分散剂加入(1)中的酸性溶液中，搅拌1～5h，再向搅拌均匀的悬浮液中加入酯化反应剂，继续搅拌0.5～10h，然后在40～90℃蒸干得到前驱体A；

(3)硅碳复合负极材料前驱体B的制备：将前驱体A放置于管式炉或者箱式炉内，在保护气氛下加热至200～1000℃，并在该温度下保温一定时间，随后自然冷却至室温，研磨成粉末得到前驱体B；

(4)硅碳复合负极材料制备：将沥青和前驱体B加入有机溶剂中，充分搅拌后在40～90℃将有机溶剂蒸干，将蒸干后的产物放置于管式炉或箱式炉中，在保护气氛下加热至400～1200℃，并在该温度下保温并保温一定时间，随后降温至室温；将热解后的产物充分研磨成粉末，便得到硅碳复合负极材料。

所述的步骤(1)中的有机酸为柠檬酸、醋酸、草酸、苹果酸、水杨酸，所述碱金属为锂、钠、钾。

所述的步骤(2)中的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、丙烯酸-马来酸共聚物、乙烯－丙烯酸共聚物、聚乙二醇，所述酯化反应剂为羧甲基纤维素、黄原胶、聚乙烯醇。

所述的步骤(3)中的保护气氛为氮气、氩气、氦气，所述保温一定时间为1～10h。