[发明专利]一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，包括以下步骤：将微米硅及分散剂加入溶剂中，研磨得到纳米硅浆料1；将碳基体加入纳米硅浆料1中，搅拌得到混合浆料2；其中碳基体为扁平化的人造石墨、扁平化的天然石墨和扁平化的中间相碳微球中的一种或几种；将混合浆料2干燥，加入融合机融合，与包覆剂混合，造粒，置于保护气氛中进行热处理，置于保护气氛中高温碳化处理，破碎、分级、除磁，即得到所述硅碳复合负极材料。能缓冲体积膨胀更好的结构，并实现纳米硅在碳基体上的分散并包覆完全，隔绝了纳米硅与电解液的直接接触，使复合材料可形成稳定的SEI膜，极大地提高了电池的使用寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，涉及一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

当前，石墨类碳材料是锂离子电池负极使用的主要材料，包括人造石墨、天然石墨、软碳、硬碳等。然而，这些材料充放电时，比容量较低(372mAh/g)，已经不能适应电池对能量密度的发展要求。在诸多有潜力代替石墨的负极材料中，硅因具有较高的比容量(理论比容量为4200mAh/g)，成为重点研究的对象，且其电压平台略高于石墨负极，充电时不易析锂，具有较好的安全性能。然而，纯硅负极材料，在充放电过程中，随着锂离子的嵌入和脱出，体积发生巨大变化，反复变化导致活性物质与集流体分离，严重影响电池的循环性能。同时这种巨大的体积变化，使得材料表面无法形成稳定的固体电解质膜(SEI)，SEI不断地重新生成，消耗大量正极储锂，导致容量衰减，循环性能变差。

为了解决硅在充放电过程中出现的问题，本领域技术人员通过硅纳米化、硅的改性、硅的分散、包覆、颗粒造粒等技术缓冲硅的体积变化，使其能够尽早商业化应用。

专利文献CN 103682287 A公开了一种锂离子电池硅基复合负极材料、制备方法及电池，该发明制得内嵌复合核-壳结构的复合负极材料，内核为纳米硅颗粒内嵌于空心化石墨的内层空隙形成的结构，外壳为非石墨碳材料。该发明虽然实现硅的纳米化，并使其嵌于石墨内层，石墨空心化造成最终颗粒内部空隙较多，电池制作时，容易在辊压工序出现颗粒结果坍塌现象，造成纳米硅暴露，与电解液接触，导致该材料的循环性能较差；同时，该方法同向加压样品烧结破碎后，易出现纳米硅暴露现象，该专利文献并未进行二次包覆，导致该材料比表面积较大，电池制作时，材料加工性能差。

专利文献CN 109755517 A公开了一种锂离子电池用硅碳复合负极材料及其制备方法，该发明利用喷雾干燥技术将纳米硅均匀的分散于碳基体表面，并实现了纳米硅的完全包覆，制备了一种核壳结构硅碳材料。但该专利文献中，对喷雾物料先进行包覆剂沥青的混合，后进行融合整形，导致部分涂覆于碳基体表面的纳米硅脱落并发生团聚，影响材料的循环性能。同时，该方法纳米硅只分散于碳基体表面，并不能很好的缓冲体积膨胀，使得材料实际应用时，膨胀依然很大。

因此，硅的纳米化及保持纳米硅在碳基体上的分散性，更好的结构设计用来缓冲体积膨胀，负载纳米硅的载体均匀包覆，避免纳米硅与电解液的直接接触，提高循环性能，实现硅基负极材料的产业化应用，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种硅碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，设计了一种缓冲体积膨胀更好的结构，并实现纳米硅在碳基体上的分散并包覆完全，隔绝了纳米硅与电解液的直接接触，使复合材料可形成稳定的SEI膜，极大地提高了电池的使用寿命。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种硅碳复合锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将微米硅及分散剂加入溶剂中，研磨得到纳米硅浆料1；

步骤2，将碳基体加入纳米硅浆料1中，搅拌得到混合浆料2；其中碳基体为扁平化的人造石墨、扁平化的天然石墨和扁平化的中间相碳微球中的一种或几种；