[发明专利]一种高首效SiO石墨复合负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及电池制备技术领域，针对SiO材料和石墨两者混合难分散均匀的问题，提供一种高首效SiO石墨复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将SiO、石墨、有机碳源、Li盐混合均匀，得到混合物A，其中SiO的粒径小于石墨；2)将混合物A造粒得到SiO/石墨复合材料前驱体B；3)将所述复合材料前驱体B在惰性气体的氛围下高温煅烧，再自然冷却至室温，制得碳包覆的SiO/石墨复合负极材料。将SiO镶嵌在石墨与石墨之间并通过碳源粘结在一起，通过外层的石墨有效的限制SiO的体积膨胀和粉化问题，通过Li盐大大提高负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。同时该方法制备过程简单，成本低廉有利于量产化。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，尤其是涉及一种高首效SiO石墨复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂电池的负极材料是决定锂电池的充放电效率、循环寿命等性能的关键因素之一。目前，商业化的锂电池主要以石墨为负极材料，市场上高端石墨材料的比容量已达到360-365mAh/g，接近于石墨的理论比容量(372mAh/g)，因此以石墨作为负极材料的锂电池能量密度的提升空间有限，无法满足动力电池高能量密度的要求。SiO材料由于具有高容量(2600mAh/g)、循环过程中的体积变化小于Si材料、首次充放电过程中不可逆形成的氧化锂和硅酸锂在循环过程中可起到缓冲作用，且循环性能比Si材料好，使其成为商业化石墨负极的替代产品之一。但SiO材料在嵌锂过程中会产生较大的体积膨胀，破坏导电网络，循环过程中材料易发生粉化，使电池容量快速衰减；且SiO的固有电导率远低于石墨，在大电流充放电时会产生严重的电极极化；在充放电过程中，由于固体电解质界面膜(SEI)的生成不断消耗Li⁺，导致库伦效率降低。SiO材料作为负极材料相比于石墨明显偏低，对于电芯的容量增加不明显。

简单的将SiO材料和石墨两者混合在一起在制备极片过程中很难分散均匀，所以有效的将两者结合在一起形成复合材料能够有效的解决体积膨胀问题以及极片分布，有望成为下一代高能量密度电池负极材料的首选之一。例如，专利CN 109037636 A中提出了一种新方法，其内容为：1)按(1～5):10的质量比称取SiO和砂磨介质置于砂磨机罐体中，并加入助磨剂混合后进行砂磨将SiO纳米化，获得SiO悬浮液2)将SiO和无机碳源的悬浮液分散均匀后，进行喷雾干燥造粒，得到碳源包覆的SiO粉体；3)将所述碳源包覆的SiO粉体置于管式炉中在惰性气体的氛围下高温煅烧，再自然冷却至室温，得到SiO/碳复合材料；4)按10:100的质量比称取所述SiO/碳复合材料和石墨，并加入球磨介质进行球磨，将SiO/碳复合材料与石墨混合均匀后取出，制得SiO/碳/石墨复合负极材料。但是纳米化SiO制备过程复杂，成本高昂，不利于商业化，而且纳米化的SiO通过喷雾干燥又粘接在一起形成大颗粒，发挥不了纳米化的作用，膨胀过程中仍有巨大的应力。最后通过球磨的方法实现的石墨和SiO的复合材料，由于颗粒中间以物理方法聚合在一起，结合力不强，在循环过程中很容易分离开来而无法实现缓解体积膨胀的作用。据此需要一种理想的解决方案。

发明内容

本发明为了克服SiO材料和石墨两者混合难分散均匀的问题，提供一种高首效SiO石墨复合负极材料的制备方法，将SiO镶嵌在石墨与石墨之间并通过碳源粘结在一起，通过外层的石墨有效的限制SiO的体积膨胀和粉化问题，通过Li盐大大提高负极材料的首次库伦效率和循环稳定性。同时该方法制备过程简单，成本低廉有利于量产化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高首效SiO石墨复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将SiO、石墨、有机碳源、Li盐按照1:(1-10):(0.3-5):(0.01-1)的质量比混合均匀，得到混合物A，其中SiO的粒径小于石墨；

(2)将所述混合物A转移到造粒设备中在惰性气体氛围下进行造粒，得到SiO/石墨复合材料前驱体B；