[发明专利]锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将SiO与锂源按一定比例混合均匀，然后置于惰性气体氛围下煅烧，制得锂掺杂SiO材料；2)将上述锂掺杂SiO材料与酒精按SiO:酒精的质量比为1：(0.5～2)进行高能球磨，得到酒精分散溶液；3)在上述酒精分散溶液中加入碳源进行高速分散1～3h，制得混合溶液；4)将上述混合溶液经过喷雾干燥造粒后，置于惰性气体氛围下煅烧，制得锂掺杂硅氧碳材料；5)将上述锂掺杂硅氧碳材料和石墨按SiO:石墨的质量比为1：(10～100)进行球磨混合，制得锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料。本发明的制备成本低，制备所得的负极材料膨胀率小、电导率高、均一性好且首次库伦效率高、循环性能好。

【技术领域】

本发明属于电池负极材料技术领域，尤其涉及一种锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料的制备方法。

【背景技术】

SiO负极材料具有较高的理论比容量，良好的循环性能以及较低的脱嵌锂电位，是一种极具潜力的负极材料。但是SiO在首次嵌锂过程中会生成Li₂O、Li₄SiO₄等电化学惰性成分以及形成SEI膜，导致首次库伦效率较低。同时SiO在嵌锂过程中伴随着巨大的体积膨胀会破坏材料的内部结构和SEI膜，使得循环性能降低和库伦效率降低。此外由于SiO的电导率较低，充放电过程电阻较大，其倍率性能也比较差。

目前针对SiO负极材料膨胀率高、首效低、循环较差的缺陷，主要有以下几种改善方法：(1)将材料纳米化，材料的尺寸达到纳米级别后，负极抗断裂能力增强，抑制循环过程中裂纹的生长与发展，破碎与粉化，增强电极，电解液和集流体的接触，缩短了锂离子扩散路径改善高倍率性能；但是纳米化材料其比表面大，SEI膜消耗了更多的Li⁺使首次库伦效率降低，且制备成本高，不利于批量生产。(2)对材料进行包覆处理，在材料表面包覆一层导电性高、与电解液相容性好的材料，来提高材料的循环性能和导电性；但过厚的包覆层会降低材料的库伦效率。(3)与石墨材料复合使用，以石墨为基体来抑制SiO的膨胀，简单的复合在一定程度上抑制了SiO的膨胀，但是复合时难以混合均匀，导致材料的一致性较差。

【发明内容】

本发明提出一种锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料的制备方法，制备成本低，制备所得的负极材料膨胀率小、电导率高、均一性好且首次库伦效率高、循环性能好。

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

1)将SiO与锂源按一定比例混合均匀，然后置于惰性气体氛围下煅烧，制得锂掺杂SiO材料；

2)将上述锂掺杂SiO材料与酒精按SiO:酒精的质量比为1：(0.5～2)进行高能球磨，得到酒精分散溶液；

3)在上述酒精分散溶液中加入碳源进行高速分散1～3h，制得混合溶液；

4)将上述混合溶液经过喷雾干燥造粒后，置于惰性气体氛围下煅烧，制得锂掺杂硅氧碳材料；

5)将上述锂掺杂硅氧碳材料和石墨按SiO:石墨的质量比为1：(10～100)进行球磨混合，制得所述锂掺杂硅氧碳/石墨复合负极材料。

在一个优选实施方式中，步骤1)中，所述SiO与所述锂源按Si:Li的摩尔比为1：(0.1～0.8)进行混合，混合均匀所采用的混合设备转速为100-250r/min，混合时间为2～6h；所述煅烧的过程为升温至700～1000℃保温1～4h后再自然冷却。

在一个优选实施方式中，步骤2)中，所述高能球磨的转速为500～800r/min，所述高能球磨的时间为2～12h。

在一个优选实施方式中，步骤3)中，所述高速分散所采用的转速为100～300r/min。