[发明专利]用于锂离子电池的硅碳复合材料及其前驱体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的硅碳复合材料及其前驱体的制备方法，前驱体的制备方法包括以下步骤：将石墨微粉和纳米硅粉分别与表面活性剂混合后，分别加入到分散剂中，200～800W功率超声处理30～120min，去除分散剂，干燥，分别得到第一粉体和第二粉体；将所述第一粉体和第二粉体分别分散在热解炭前驱体溶液中，200～800W功率超声搅拌均匀，得到第一混合液和第二混合液，将第一混合液和第二混合液分别加入到分散剂中，去除分散剂，干燥，分别得到第三粉体和第四粉体。本发明的硅碳负极材料的制备方法，解决了Si在复合材料中的分散问题和Si膨胀粉化抑制问题，使得负极材料的比容量和循环性能得以有效改善。

技术领域

本发明涉及锂锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的硅碳复合材料及其前驱体的制备方法。

背景技术

目前，市场上的锂锂离子电池负极材料中，传统石墨负极依然占据着主流位置。然而，由于传统石墨本身结构特性的制约，其面临着理论容量低，平台低、大电流充放电易产生锂枝晶等问题，已无法满足新能源汽车、手机、笔记本、平板等终端产品对电池高能量密度、长续航里程和高容量的需求。

合金类负极材料则在容量上表现出极大的优势，其中以硅最具代表性，硅的理论比容量为4200mAh/g左右，10倍于传统石墨。高容量正极材料，尤其是NCM811正极材料体系逐渐批量化生产，在很大程度上带动了负极材料的更新换代，高容量硅碳负极材料应运而生。而主要驱动力来源于以下两方面：其一，科研人员日以继夜，长达10年的研发，使得国内硅碳负极技术不断迈向成熟，产品的安全性、稳定性越来越受到下游电池企业的认可；其二，新能源汽车、手机、笔记本、平板等终端产品对电池高能量密度、长续航里程和高容量的需求越来越强烈，加快高克容量负极材料的导入。

虽然，硅在锂锂离子电池中拥有无与伦比的优势，但是，其仍然存在大量的结构和性能弊端。硅极易发生团聚，在与石墨材料中符合中，难以充分混合均匀，在充放电过程中，所产生的合金化与去合金化直接导致体积效应，连续的膨胀和收缩使得硅颗粒发生严重的破裂、粉化，SEI膜的破坏和重塑大量地消耗着有限的电解液和锂源。

综上，现有方法在负极材料的制备过程中，但因控制不得当，不能达到很满意的效果，这样严重造成其首效偏低、循环衰减过快，加上硅本身导电性和离子扩散性能都比较差，限制了电池的比容量和倍率发挥，还为后续的电池成品生产带来一系列隐患。亟待进一步改进。

发明内容

为此，用于锂离子电池的硅碳复合材料及其前驱体的制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于锂离子电池的硅碳复合材料的前驱体的制备方法，其包括以下步骤：

将石墨微粉和纳米硅粉分别与表面活性剂混合后，分别加入到分散剂中，200～800W功率超声处理30～120min，去除分散剂，干燥，分别得到第一粉体和第二粉体；

将所述第一粉体和第二粉体分别分散在热解炭前驱体溶液中，200～800W功率超声搅拌均匀，得到第一混合液和第二混合液，将第一混合液和第二混合液分别加入到分散剂中，去除分散剂，干燥，分别得到第三粉体和第四粉体，将所述第三粉体和第四粉体分别在惰性气体中煅烧分别得到第一前驱体和第二前驱体；

将所述第一前驱体和第二前驱体混均匀得到复合前驱体，将所述复合前驱体在所述热解碳前驱体溶液中包覆，经200～800W功率超声搅拌均匀，得到第三混合液，将所述第三混合液加入到去离子水中，干燥得到硅碳复合材料前驱体。

优选地，所述石墨微粉是碳粉经700～900℃高温膨胀处理后得到；

所述碳粉为可膨胀石墨、天然鳞片石墨中的一种或两种按一定比例混合，粒径为20～120μm。

优选地，所述的纳米Si粉粒径为30～150nm。