[发明专利]一种包覆型碳硅负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种包覆型碳硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：将聚四氟乙烯颗粒和硅颗粒混合后进行球磨，得到混合粉体；将所述混合粉体点燃，进行氧化还原反应，得到包覆型碳硅负极材料。本发明提供的制备方法先将聚四氟乙烯颗粒和硅颗粒进行球磨处理，实现混合粉体的均匀分散，再以混合粉体作为反应物，将其点燃后发生爆燃，在爆燃过程中聚四氟乙烯与部分硅发生剧烈的氧化还原反应，生成碳壳，同时爆燃放出的能量使得未反应的硅在高温下破碎形成硅微粒子，得到了包覆型碳硅负极材料，简化了工艺。实验表明，本发明的包覆型碳硅负极材料用于锂离子电池负极材料在400mA/g电流密度下，400个循环后容量为1200mAh g^‑1。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料技术领域，具体涉及一种包覆型碳硅负极材料的制备方法。

背景技术

包覆型碳硅负极材料为碳包覆的硅颗粒，硅颗粒能够提供高的比容量，碳壳在嵌锂过程中能够抑制硅颗粒的体积膨胀，显著提升负极材料的导电性。因此，被广泛用作锂离子电池电极材料。

目前包覆型碳硅负极材料的制备方法均存在工艺复杂、成本较高的问题，例如专利CN105958036A中记载了一种锂离子电池的碳包覆硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)向颗粒大小为1～100μm的硅粉中加入溶剂，进行分散，持续3～20h，先将硅粉分散制成纳米化的硅颗粒，极大的缓解了硅材料在充放电过程中的体积变化；2)将1～50wt％的第一碳包覆材料加入溶剂中，加入0.2～5wt％的分散剂进行分散，得到第一碳包覆材料分散液；3)将第一碳包覆材料分散液加入步骤1)中继续进行分散；4)除去步骤3)中溶剂，将得到的固体以1～20℃/min的升温速率升至500～1400℃进行碳化处理1～20h，得到初级碳包覆硅负极材料；5)将0.1～10wt％的第二碳包覆材料分散至溶剂中，进行分散，得到第二碳包覆材料分散液；6)将第二碳包覆材料分散液和初级碳包覆硅负极材料进行搅拌混合；7)除去步骤6)中溶剂，将得到的固体以1～20℃/min的升温速率升至500～1400℃进行碳化处理1～20h，得到二次碳包覆硅负极材料，此工艺虽然制备的碳包覆硅负极材料具备优异的性能，但其工艺复杂，成本较高，不适宜批量化生产。

因此，有必要对包覆型碳硅负极材料的制备方法进行改进在保证其优异性能的基础上达到简化工艺的目的。

发明内容

本发明的目的在于一种包覆型碳硅负极材料的制备方法。本发明提供的制备方法工艺简单，且制备得到的包覆型碳硅负极材料具备优异的性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种包覆型碳硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚四氟乙烯颗粒和硅颗粒混合后进行球磨，得到混合粉体；

(2)将所述步骤(1)得到的混合粉体点燃，进行氧化还原反应，得到包覆型碳硅负极材料。

优选地，所述步骤(1)中聚四氟乙烯颗粒的粒径为100nm～50μm。

优选地，所述步骤(1)中硅颗粒的粒径为100nm～5μm。

优选地，所述步骤(1)中球磨的转速为200～500rpm。

优选地，所述步骤(1)中球磨的时间为1～10h。

优选地，所述混合粉体中聚四氟乙烯的质量分数为30～80％，所述混合粉体中硅的质量分数为20～70％。

优选地，所述步骤(2)中混合粉体点燃的操作在密闭容器中进行。

优选地，所述密闭容器中的气氛为空气、氩气或氮气。

优选地，所述密闭容器的压力为10Pa～1MPa。

优选地，所述步骤(2)中包覆型碳硅负极材料的粒径为20nm～1μm。