[发明专利]一种SiO/碳/石墨复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种SiO/碳/石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)按(1～5):10的质量比称取SiO和砂磨介质置于砂磨机罐体中，并加入助磨剂混合后进行砂磨将SiO纳米化，获得SiO悬浮液；2)将一定量的无机碳源加入所述SiO悬浮液中继续砂磨至分散均匀，从砂磨机罐体中取出并与一定量的有机碳源的水溶液混合均匀，形成溶液A，再进行喷雾干燥造粒，得到碳源包覆的SiO粉体；3)将所述碳源包覆的SiO粉体置于管式炉中在惰性气体的氛围下高温煅烧，再自然冷却至室温，得到SiO/碳复合材料；4)按10:100的质量比称取所述SiO/碳复合材料和石墨，并加入球磨介质进行球磨，将SiO/碳复合材料与石墨混合均匀后取出，制得SiO/碳/石墨复合负极材料。

【技术领域】

本发明属于电极材料领域，尤其涉及一种SiO/碳/石墨复合负极材料的制备方法。

【背景技术】

锂电池的负极材料是决定锂电池的充放电效率、循环寿命等性能的关键因素之一。目前，商业化的锂电池主要以石墨为负极材料，市场上高端石墨材料的比容量已达到360-365mAh/g，接近于石墨的理论比容量(372mAh/g)，因此以石墨作为负极材料的锂电池能量密度的提升空间有限，无法满足动力电池高能量密度的要求。而硅基负极材料因其较高的理论比容量(高温4200mAh/g，室温3580mAh/g)、较低的脱锂电位(<0.5V)、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

在硅基负极材料中，SiO材料由于具有高容量(2600mAh/g)、循环过程中的体积变化小于Si材料、首次充放电过程中不可逆形成的氧化锂和硅酸锂在循环过程中可起到缓冲作用，且循环性能比Si材料好，使其成为商业化石墨负极的替代产品之一。但SiO材料在嵌锂过程中会产生较大的体积膨胀，破坏导电网络，循环过程中材料易发生粉化，使电池容量快速衰减；且SiO的固有电导率远低于石墨，在大电流充放电时会产生严重的电极极化；在充放电过程中，由于固体电解质界面膜(SEI)的生成不断消耗Li+，导致库伦效率降低。

现有技术中，SiO材料改性方法的主要有：纳米化和复合化。纳米化可以缓解体积膨胀，同时可以提高Li+的扩散速度以及增大电极活性材料和电解液的接触面积，使Li+脱/嵌反应进行得更充分；但是纳米材料的比表面积大，制备电极过程中需要添加大量的粘结剂，不利于提高电池性能，且制备成本较高。复合化的研究方向主要为SiO/无定形碳/石墨三元复合体系，以石墨作为缓冲基体来吸收SiO的体积膨胀，再通过复合材料表面包覆一层导电率高、与电解液相容性好的材料，隔绝材料与电解液的接触，以提高材料的导电率和循环性能；但是表面包覆太厚的无定形碳会降低材料的库伦效率，同时不利于提高材料的加工性能。

【发明内容】

本发明提出一种SiO/碳/石墨复合负极材料的制备方法，用于制备膨胀率小、电导率高、均一性好且首次库伦效率高的硅基负极材料。

为了实现上述目的，本发明提供一种SiO/碳/石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)按(1～5):10的质量比称取SiO和砂磨介质置于砂磨机罐体中，并加入助磨剂混合后进行砂磨将SiO纳米化，获得SiO悬浮液；其中，砂磨的转速为300～800r/min，砂磨时间为5～20h；

2)将一定量的无机碳源加入所述SiO悬浮液中继续砂磨至分散均匀，从砂磨机罐体中取出并与一定量的有机碳源的水溶液混合均匀，形成溶液A，再进行喷雾干燥造粒，得到碳源包覆的SiO粉体；其中，SiO与无机碳源的质量比为100:(1～20)，SiO、无机碳源及有机碳源占所述溶液A总质量的10～20％；

3)将所述碳源包覆的SiO粉体置于管式炉中在惰性气体的氛围下高温煅烧，再自然冷却至室温，得到SiO/碳复合材料；

4)按10:100的质量比称取所述SiO/碳复合材料和石墨，并加入球磨介质进行球磨，将SiO/碳复合材料与石墨混合均匀后取出，制得SiO/碳/石墨复合负极材料。