[发明专利]一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法

说明书

本发明属于锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法。所述方法包括：将铝粉、锡粉、碳粉、纳米硅粉在气流微细冲击机中细化研磨处理，通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散，同时由于气流的冲击，将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面；240～250℃的粉末喷雾处理；然后与分散剂、粘接剂、氧化石墨、去离子水配制为浆料，送入离心砂磨机研磨；离心除水后加入水合肼，进行喷雾干燥热还原处理；150～200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5～15min，得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。本发明的硅碳负极材料具有良好的循环稳定性，工艺简单易控，能耗低。

技术领域

本发明属于锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法。

背景技术

锂离子电池相比较于传统的铅酸电池，重量更轻，能量密度更大，更环保和更长的寿命。目前锂离子电池在汽车、电子等领域得到了广泛的应用。但随着锂电池技术的发展，正极材料取得了较好的发展，在能量密度、稳定性、快充方面由较大的提升。而普通的碳负极越来越难以适应锂电池的发展。石墨类负极存在比容量低的问题，所以开发高比容量的锂离子电池是改善电池存储性能的关键所在。

技术人员不断尝试新型碳材料作为负极材料。如利用碳纳米管和石墨烯等。碳纳米管一维的管状结构能为锂离子提供快速传导通道，其表面的缺陷也可为锂离子提供嵌入位点，因此具有良好的嵌锂性能，同时还能很好的应用于柔性电池。石墨烯为二维平面结构，具有优异的导电性和离子传输能力，具有比碳纳米管更多的电化学反应位点。尽管碳纳米管和石墨烯拥有良好的电子和离子传输能力，但其不可逆容量高，而且成本高，难以批量推广使用。

硅是目前已知的材料中具有较高比容量的材料（4200 mAh/g），被普遍认为是下一代的锂离子电池负极材料。然而在用于锂电池负极时，硅材料却存在着严重的体积膨胀（300％），使得颗粒易粉化，衰减严重，同时导电性差，SEI膜不稳定，影响首次库伦效率。

针对上述问题，目前处理硅稳定性的处理技术主要有：（１）将硅材料尺寸纳米化、线性化、微孔化等结构的变化来克服颗粒粉化；（２）通过碳包覆、碳负载的方式来防止硅体积变化导致的粉化，同时提高导电性能；（３）通过掺杂等形成多元复合来提升硅的性能；（4）通过在制备硅碳浆料时加入合适的粘接剂，采用粘结剂提高电极在循环过程的稳定性。

通过包覆、负载的硅/碳二元复合材料目前主要采用碳硅直接球磨复合包覆、碳源-硅高温固相烧结、热解碳包覆是目前最容易实现产业化的技术手段。高温固相合成是一种在高温(1000-1500 ℃)下，通过固体界面之间的接触、反应、成核和晶体生长反应生成大量的复合氧化物的方法。高温固相合成是制备硅/碳负极材料的一种常用方法，高温固相合成技术因工艺简单而被广泛应用。然而该技术能耗高，质量损失大，工艺控制不稳定。

热解碳包覆一般需要较高的温度进行后期碳化处理，如公开号为CN103367727的中国发明专利，公开了一种离子电池硅碳负极材料及其制备方法，将纳米硅、石墨、分散剂、粘结剂通过超声搅拌分散在有机溶剂中干燥后通过液相包覆、碳化工艺得到产物。该方法只在硅纳米颗粒表面包覆一层热解碳，能耗较高。技术人员致力于采用主要碳硅直接球磨复合包覆来替代高温烧结。然而直接研磨虽然能耗低，无污染，但硅碳结合紧密度较差，碳包覆层容易脱落。但鉴于机械复合不需要高温碳化煅烧的优势，其极易规模化生产，因此，存在较大的发展空间。

申请号为：CN2019110199781 的专利申请公开了一种高安全性生物质硅合成SiOx@C材料的制备方法，该方法包括以下几个步骤：将稻壳灰酸洗，取适量在惰性气氛中碳化，将碳化后产物与金属粉，熔融盐混合球磨均匀，置于炉中，通入惰性气体，高温反应，酸洗洗净副产物，得到产物为SiOx@C材料。该发明工艺简单易行，原料丰富廉价，较镁热还原安全性更高，得到SiOx@C颗粒具有多孔结构，碳包覆均匀，倍率性能良好，可以应用到锂电池负极材料领域。