[发明专利]一种高容量硅基负极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种高容量硅基负极材料的制备方法，步骤如下：（1）将纳米硅、石墨及包覆型粘结助剂按一定比例混合预处理，在惰性气氛保护下，投入到混料机中进行固相混合，搅拌后得到混合物料；（2）将步骤（1）得到的混合物料在惰性气氛保护下，进行高温热压融合造粒处理，得到造粒中间相物料；（3）在惰性气氛保护下，将造粒中间相物料进行高温碳化处理，冷却后材料经破碎、过筛、除磁工序，得到硅基负极材料。本发明采用简单的多元固相混合、机械融合热压造粒方法制备得到容量高、振实密度高、粒度均匀的锂离子电池负极材料，有效抑制硅在充放电过程中引起的粉化现象，综合提高材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及负极材料制备领域，具体涉及一种高容量硅基负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应等优点，在便携式电子产品等领域已经迅速普及。随着各种产品对电池质量、功能以及使用时间上的需求不断增加，对锂离子电池产品的容量要求也日益提高。负极材料在锂离子电池中发挥着重要作用，硅碳材料作为锂离子电池负极材料，具有较高的储锂容量（其理论容量高达4200mAh/g），远超于当前的石墨材料（372mAh/g），作为一下代锂离子电池负极材料备受关注。

但硅材料在脱锂嵌锂过程中，存在严重的体积效应（体积膨胀高达300%），导致材料结构坍塌及活性物质脱落，从而使得循环稳定性大大下降，制约其在锂离子电池负极材料中的应用。当前主要通过以下几个方面改善硅基碳材料的电化学性能：（1）降低材料颗粒尺寸；（2）制备硅基薄膜材料；（3）合成硅基复合材料；（4）制备特殊结构硅基材料，如核壳结构材料、球型硅/石墨复合材料等，缓解材料充放电过程中产生的体积膨胀，提高材料的综合性能。

专利CN 102891297A提供了一种以羟甲基纤维素钠为粘结剂，采用液相包覆技术，同时通过喷雾干燥技术造粒制备硅碳复合材料，改善硅碳材料循环性能，且比表面积小，但这种制备方法制备的成本较高，且喷雾干燥产率较低，不适合产业化生产。专利CN111146430A提供了一种多孔核壳结构硅碳材料的制备方法，优化了硅碳材料的倍率性能，但是这种工艺制备的结构内部微孔过多，在实际应用中容易造成材料不抗压，振实密度低，降低电池整体的能量密度。因此，开发出一种新的硅基材料制备方法，提高硅碳材料综合性能是当前的研究热点。

发明内容

本发明提出了一种高容量硅基负极材料的制备方法，该制备方法操作简单，制备的负极材料具有高容量、高首效、高振实、循环性能好等优点，适宜于工业化生产。

实现本发明的技术方案是：

一种高容量硅基负极材料的制备方法，步骤如下：

（1）将纳米硅、石墨及包覆型粘结助剂按一定比例混合预处理，在惰性气氛保护下，投入到混料机中进行固相混合，搅拌后得到混合物料；所述纳米硅粒径为20~200nm，纯度≥97%，石墨为天然石墨或人造石墨，粒径D50约为2μm；

（2）将步骤（1）得到的混合物料在惰性气氛保护下，进行高温热压融合造粒处理，得到造粒中间相物料；

（3）在惰性气氛保护下，将造粒中间相物料进行高温碳化处理，冷却后材料经破碎、过筛、除磁工序，得到硅基负极材料。

所述步骤（1）中纳米硅、石墨及包覆型粘结助剂的质量百分比分别为10-40%、30-80%、10-40%。

所述步骤（1）中在氩气保护下混合，混合时转速为130~160r/min，混合时间为3~6h。

所述包覆性粘结助剂为沥青类、糖类或树脂类有机物中的一种或两种以上混合物。

所述包覆性粘结助剂为软化点为150~300℃的石油沥青。