[发明专利]一种高性能硅碳-石墨负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能硅碳‑石墨负极材料的制备方法，采用硅粉为原料，将含钛化合物以及硅粉通过球磨粉碎得到纳米硅浆料，再将纳米硅浆料与高分子化合物混合后进行真空干燥，得到的硅碳前驱体，然后硅碳前驱体、高分子化合物、石墨进行动态碳化、过筛，得到硅碳‑石墨复合负极材料。本发明解决了常规Si/C循环性能差和膨胀的问题，并提升了其循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种高性能硅碳-石墨负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池以高容量、高电压、高循环稳定性、高能量密度以及对环境无污染等优异性能倍受青睐。硅作为负极材料，优势是比容量高（3675mAh/g），但其显著缺点为锂离子嵌入后体积膨胀达（高达300%），产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电池循环性能大大降低。为解决硅负极材料在应用中存在的问题，目前研究者们主要采用硅纳米化与硅复合化，而单纯的纳米化无法解决纳米硅在循环过程中SEI膜不断生成的问题。硅复合化采用热还原方法制备硅碳-石墨负极材料，以及采用高分子化合物做碳源包覆改性等，但不能有效解决挥发分偏高的问题。

在现有普遍的改性烧结技术中，首先是通过高速搅拌设备将骨料与辅料进行混合，再通过碳化炉或者窑炉中经过静态方式进行烧结。但静态烧结过程中挥发分不能快速彻底地排放干净，导致烧结过程中材料产生裂纹和孔洞等结构缺陷，使得比表面积增大，引起负极材料在首次充放电效率降低，影响负极材料容量。

在现有的公开技术中，专利《一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法》（CN103367727A）公开了一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法，该负极材料包括纳米硅、石墨聚合体和有机物裂解碳，该负极材料存在充放电过程中锂离子的嵌出速度慢及其大倍率条件下膨胀率高的问题，导致循环性能、倍率性能偏差，最终影响硅碳负极材料的电化学性能。专利《一种SiO复合负极材料制备方法及电池》（CN103647056A）中公开了一种SiO基复合负极材料及其制备方法，该发明中采用机械融合的方法实现了纳米碳材料在颗粒SiO表面的分散，后期同样需要进一步进行碳包覆处理；《一种元素掺杂的SiO负极复合材料及其制备方法和应用》（201610976331.8）中公开的是将一定量的氧化亚硅和硼铝锂元素以及碳源球磨；《一种锂离子电池硅基复合材料制备方法及电池》（CN103682287A）公开了一种内嵌复合核-壳结构的高向同性加压处理与碳材料静态包覆技术相结合的方式实现了硅碳-石墨负极材料的制备；《一种钛酸锂复合负极材料的制备方法》（201611010970.5）中公开的是将锂盐和二氧化钛进行球磨，在氧化亚硅上通过气相沉积上钛源和石墨。 采用传统的方法制备的Si/C负极材料，不能有效解决膨胀率高、循环性能和倍率性能差等问题。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提供一种高性能硅碳-石墨负极材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种高性能硅碳-石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将微米级工业硅粉与含有钛源的化合物分散在溶剂中配制成浆料，然后对浆料进行研磨，得到粒径D₅₀为100～200 nm的纳米浆料。

S2、将纳米浆料与高分子化合物分散在溶剂中，配制成悬浮液A，然后对悬浮液A进行真空干燥，得到硅碳前驱体。

S3、将石墨、高分子化合物、硅碳前驱体加入到高速改性混合机中进行碳化处理，碳化后冷却至室温，然后过筛，筛分出中值粒径为5-60μm的材料，即为硅碳-石墨负极材料。

优选的，一种高性能硅碳-石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将微米级工业硅粉与含有钛源的化合物分散到溶剂中，配制成固含量不超过30%的浆料，然后将浆料加入到球磨机中研磨5-20小时，得到粒径D₅₀为100～200 nm的纳米浆料。