[发明专利]锂离子电池用一氧化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了锂离子电池用一氧化硅复合材料及其制备方法，涉及电池复合材料技术领域。本发明的锂离子电池用一氧化硅复合材料，通过多孔碳材料对一氧化硅粉末进行包覆，为一氧化硅的膨胀提供三维网络框架空间，聚氯乙烯对一氧化硅进行包覆，有效抑制了一氧化硅颗粒在电池充放电过程中出现的体积效应，避免一氧化硅和石墨团聚结块，提高循环稳定性能，使得该一氧化硅复合材料作为锂离子电池负极材料具有良好的比容量；制备方法有效促进一氧化硅被吸附、包覆，保障了作为负极材料的循环稳定性能和比容量。

技术领域

本发明涉及电池复合材料技术领域，尤其涉及锂离子电池用一氧化硅复合材料及其制备方法。

背景技术

目前锂离子电池的负极材料大多采用石墨碳材料，它具有循环稳定性好、寿命长、成本低、导电性优异等特点，但容量己接近理论值372mA·h/g，无法满足当今市场对高能量密度锂离子电池日益增加的需求，开发新型高能量密度、高性能负极材料迫在眉睫，而硅的理论容量达4200mA·h/g，并且脱锂电位平台较低，不易产生析锂，安全性能更好，成为目前最具有开发潜力的锂离子电池负极材料之一。

申请号201310103828.5的专利公开了一种锂离子电池用一氧化硅复合负极材料及其制备方法，按质量百分比，由10％～30％复合颗粒材料与70～90％天然石墨或人造石墨组成，复合颗粒材料为包覆有碳纳米管和无定型碳包覆层的一氧化硅；通过在一氧化硅颗粒表面包覆裂解碳，有效地抑制一氧化硅颗粒在电池充放电过程中出现的体积效应，具有良好的循环性能。存在的技术问题是无法有效促进一氧化硅被吸附、包覆，以进一步提高一氧化硅复合材料作为负极材料的循环稳定性能和比容量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了锂离子电池用一氧化硅复合材料及其制备方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明提供一种锂离子电池用一氧化硅复合材料，按照重量份，由30～45份一氧化硅粉末与65～80份多孔碳材料、550～700份有机硅溶液混合后得到浆料，浆料经过喷雾干燥、一次煅烧、冷却后得到混合颗粒，混合颗粒与聚氯乙烯球磨混合、包覆造粒、二次煅烧后与石墨混合得到该锂离子电池用一氧化硅复合材料。

本发明的锂离子电池用一氧化硅复合材料，通过多孔碳材料对一氧化硅粉末进行包覆，为一氧化硅的膨胀提供三维网络框架空间，聚氯乙烯对一氧化硅进行包覆，有效抑制了一氧化硅颗粒在电池充放电过程中出现的体积效应，避免一氧化硅和石墨团聚结块，提高循环稳定性能，使得该一氧化硅复合材料作为锂离子电池负极材料具有良好的比容量。

作为本发明进一步改进的方案，所述多孔碳材料为多孔人造石墨、多孔天然石墨、多孔硬碳、多孔软碳、多孔中间相碳微球中的一种或多种的混合物；所述有机硅溶液为卤代硅烷或正硅酸乙酯与溶剂按照质量比1:3～6混合均匀后得到，溶剂为正己烷、正庚烷、甲苯、正戊烷、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的混合物。

本发明还提供了上述锂离子电池用一氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S100、浆料制备：按照重量份，将30～45份一氧化硅粉末、65～80份多孔碳材料混合后，加入550～700份有机硅溶液，搅拌混匀后得到浆料；

S200、喷雾干燥、一次煅烧：浆料喷雾干燥后，在保护气氛下一次煅烧，以2～4℃的速率升温至720～750℃，先风冷降温至200～250℃，再自然冷却至室温，得到混合颗粒；

S300、包覆造粒、二次煅烧：混合颗粒与聚氯乙烯进行球磨混合，混合之后包覆造粒，再进行二次煅烧，煅烧结束后粉碎至粒径0.6～1.5μm，按照质量比1:2.5～3.5与石墨混合后，搅拌得到该锂离子电池用一氧化硅复合材料。