[发明专利]一种掺杂镍银合金颗粒硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，公开了一种掺杂镍银合金颗粒制备硅碳负极材料的方法，包括以下步骤：①原料微米级硅粉的球磨，制备纳米级硅粉；②纳米级硅粉与镍银合金颗粒的互混，采用固相混料法；③采用液相包覆，在纳米硅粉与镍银合金的表面形成无定型碳包覆层；④包覆料在惰性气体保护炉中进行高温烧结；⑤采用机械球磨法制备合适粒度的硅碳材料；⑥将硅碳材料与商用石墨混合制成硅碳负极材料该制备方法明显提升材料的首次库伦效率及循环性能，过程简单、高效、环保，有利于硅碳负极材料大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种掺杂镍银合金颗粒硅碳负极的制备方法及该材料在锂离子电池负极上的应用。

背景技术

当代社会的能源危机以及环境问题日益严重，寻找一种新型的清洁能源已经迫在眉睫。锂离子电池作为一种循环寿命长、功率密度高、自放电率低且绿色环保的动力电池迎来了新的机遇，同时也面临巨大的挑战。目前，动力锂离子电池的能量密度和续航里程难以满足电动车的使用需求。

现阶段，锂离子电池应用最广泛的还是石墨，其理论比容量只有372mAh/g，难以满足车用动力电池高能量密度的需求。硅由于具有较高的理论比容量和较低的嵌锂电位而引起广泛关注。Li和Si可形成合金Li4.4Si，理论比容量高达4200mAh/g，但是硅在与锂合金化的过程中会产生很大的体积效应(高达300％)，导致电极结构的崩塌和活性材料的剥落，使电极材料失去电接触，造成容量迅速衰减，加之硅的导电性差，严重阻碍了纯相硅作为锂离子电池负极材料的实用化。硅碳复合负极材料中硅作为活性物质，提供储锂容量；碳作为分散基体，缓冲硅颗粒嵌脱锂时的体积变化，保持电极结构的完整性，并维持电极内部电接触。因此硅碳复合材料综合了两者的优点，表现出高的比容量和较长的循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。

但目前在硅碳负极材料的制备方面仍存在着以下问题：①首次库伦效率低；②循环寿命短；③倍率性能差；④材料生产效率低下；⑤原料的成本高昂，不利于产业化生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种掺杂镍银合金硅碳负极材料的制备方法，该方法可明显提升首次库伦效率及循环性能，制备过程简单、高效、环保，有利于硅碳负极材料的大规模生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种掺杂镍银合金颗粒硅碳负极的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：纳米硅的制备：将粒径为微米级的硅粉球磨，制得纳米级硅粉；

步骤(2)：镍银合金的制备：将镍粉和银粉按照一定质量比混合并球磨，制得镍银合金粉末；

步骤(3)：将上述步骤(2)得到的镍银合金粉末与步骤(1)得到的纳米级硅粉按一定比例混合并球磨，取出上述的镍银合金硅复合物，经抽滤、干燥后，在惰性气体保护下进行高温热处理，以一定的升温速率，升温到900～1000℃，恒温2～6小时，冷却取出，即获得纳米硅和镍银合金的复合材料；

步骤(4)：无定型碳包覆：在搅拌罐中加入溶剂，同时加入可溶解的碳源前驱体，开启高速搅拌机，待碳源前驱体完全溶解后，将步骤(3)中得到纳米硅和镍银合金的复合材料加入搅拌罐中通过改变溶剂用量以调整包覆料的粘稠度，搅拌完全后放入烘箱进行干燥；

步骤(5)：烧结：将步骤(4)得到的产物放入回转炉中，通入惰性气体，在800～1200℃下高温烧结6～10h，得到烧结产物；

步骤(6)：制粉：将步骤(5)的烧结产物放入氧化锆球磨罐中进行制粉，烧结产物与氧化锆球的质量比为1:2～1:4，以200～300r/min的转速运行20～40min，制得D50＝15～20μm的硅碳材料；

步骤(7)：硅碳负极材料制备：将硅碳材料与商用石墨按一定质量比混合制成硅碳负极材料。