[发明专利]一种锂电池硅碳负极材料连续化生产的方法

说明书

本发明涉及锂电池负极领域，公开了一种锂电池硅碳负极材料连续化生产的方法。包括如下制备过程：（1）先制备羟基改性纳米硅，然后与浓硫酸浸泡处理的纤维素纤维加入去离子水中搅拌均匀，再加入SBR乳液，旋转蒸发溶剂得到粘稠膏状物；（2）将膏状物与聚乙二醇、石蜡混合加入螺杆挤出机中，真空条件下加入CTAB和纳米氧化铝粉末，控制温度混合挤出，筛网筛分，洗涤，干燥，即可得到锂电池硅碳负极材料。本发明通过将混合、包覆、烧结等工艺集成至螺杆挤出机，利用在螺杆剪切力作用下进行固相烧结，实现了有机碳对硅纳米颗粒的均匀包覆，可以有效抑制烧结工艺中颗粒团聚的问题，简化了生产工艺，实现了硅碳负极材料的连续化生产。

技术领域

本发明涉及锂电池负极领域，公开了一种锂电池硅碳负极材料连续化生产的方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境污染小和无记忆效应等优点，已经广泛应用于3C 电子产品、电动汽车、规模储能和航空航天等领域。近年来随着世界各国大力发展新能源汽车，锂离子电池技术面临前所未有的挑战，即提高电池能量密度和安全性能。随着国家新能源汽车领域的快速发展，为满足电动汽车长续航里程的需求，国家科技部要求2020年把锂离子动力电池单体比能量提高至300 Wh/kg。因此，高能量密度和高安全性锂离子电池的开发成为未来的重要的发展方向。

负极材料是锂离子电池的重要组成部分，占锂离子电池总成本的25~28%，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。传统锂离子电池的石墨负极已经无法满足现有需求，高能量密度负极材料成为企业研发的新热点。硅基负极材料因具有高的理论容量和较合适的脱-嵌锂电位(0.5V)，最有希望成为下一代高容量锂电池的负极材料。但是，硅基负极材料在脱/嵌锂过程中，存在着较大的体积膨胀，这种结构上的膨胀收缩变化破坏了电极结构的稳定性，导致硅颗粒破裂粉化，造成电极材料结构的坍塌和剥落，使电极材料失去电接触，最终导致负极的比容量迅速衰减，使锂电池循环性能变差。

为了缓解其脱嵌锂过程中的体积变化和改善导电性，常用的方法是减小颗粒尺寸和引入导电碳相。硅碳负极材料中纳米硅颗粒需要具有较好的分散性和较小的粒度，根据目前研究结果，硅碳负极材料中纳米硅颗粒的粒度需要小于200nm，同时需要其具有较好的分散性能，电池的容量和循环性能才能够得到保证。目商业化硅碳负极制备方法以高温碳化包覆为主，这种方法可以有效实现碳对纳米硅的包覆，然而在碳化过程中，有机相熔融、软化、碳化期间纳米硅的堆积、团聚难以避免，目前对于抑制纳米颗粒的团聚主要集中在对于分散剂的选择和改性研究。

中国发明专利申请号201810873657.7公开了一种硅碳负极材料、锂离子电池负极及锂离子电池。该硅碳负极材料的制备包括：（1）将纳米硅和碳源物质球磨混合，经煅烧后制备硅基复合材料；（2）将硅基复合材料于可溶性碳源溶液中分散均匀，干燥除去溶剂后，得到包覆复合材料；（3）将包覆复合材料煅烧，得到碳包覆多级复合材料；（4）将碳包覆多级复合材料和碳材料于糖类水溶液中分散均匀，干燥除去溶剂。

中国发明专利申请号201811086559.5公开了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：将适量的纳米Si粉、分散剂、六水硝酸锌、对苯二甲酸、CNTs加入到足量的N,N-二甲基甲酰胺中制成混合溶液，然后将混合液分散均匀；将适量三乙胺试剂缓慢均速的滴加到第一步中制备的混合液中，经充分反应后，将沉淀洗涤过滤后烘干获得CNTs/MOF-5包覆纳米Si前驱体；将制备的前驱体置于有惰性气体保护的管式炉中，经高温碳化后获得硅碳复合材料；将制备的硅碳复合材料与人造石墨按混合均匀后获得锂离子电池硅碳负极材料。

根据上述，现有方案中用于锂电池硅碳负极材料的制备方法以高温烧结碳化包覆为主，但这种方法会难以避免地造成纳米硅颗粒的堆积团聚，同时制备工艺较为复杂，影响了硅碳负极材料的发展应用，本发明提出了一种锂电池硅碳负极材料连续化生产的方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容