[发明专利]一种硅碳负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种硅碳负极材料及制备方法，质量百分比由以下组分组成：微米硅粉10％～50％，沥青90％～50％，以上组分质量百分比之和为100％；原料为微米级硅粉，价格低廉，通过高能球磨得到粒度均匀的纳米硅粉，能有效改善硅在循环过程的体积效应；球磨过程中加入分散剂用于抑制纳米硅粉团聚，实现有效分散；沥青与硅粉均匀混合，实现沥青衍生碳的均匀包覆，抑制硅在嵌锂、脱锂过程中的体积膨胀，同时提高了硅与集流体之间的电接触；最终提高硅碳负极材料用于锂离子电池的首次可逆容量，提高电池循环稳定性；本发明硅碳负极复合材料的制备方法，操作简单，成本低，易实现工业化。

技术领域

本发明属于锂离子电池制备技术领域，涉及一种硅碳负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池因其优异的性能已经在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。现在商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料。但是，近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。所以开发更高能量密度的负极材料迫在眉睫。

硅材料的质量比容量最高可达4200mA h g^-1(Li₂₂Si₅)，较低的储锂反应电压平台，是目前已知能用于锂离子电池负极理论比容最高的材料。并且硅材料环境友好、储量丰富、成本较低，因此硅基负极材料是一类极具发展前景的新型高能材料。然而，硅的电子电导率和离子电导率较低，导致其电化学反应的动力学性能较差；更重要的是，硅在锂化过程中的相变和体积膨胀会产生较大的应力，致使电极断裂粉化、电阻增大、循环性能骤降。将纳米硅与碳质材料复合能够提高硅碳负极材料的电导率，并且碳质材料也可以作为缓冲基质，为硅的体积变化提供一定的缓冲作用。但由于纳米硅比表面积较大，易发生团聚，所得硅碳复合材料中硅往往分布不均，使其对负极材料电化学性能的改善有限。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种硅碳负极材料及制备方法。

本发明的目的之一在于提供一种硅碳负极材料，可有效提高电池循环稳定性；

本发明的目的之二在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，操作简单，成本低，易实现工业化。

技术方案

一种硅碳负极材料，其特征在于组分的质量百分比为：纳米硅粉10％～50％，沥青衍生碳90％～50％，以上组分质量百分比之和为100％；其中，纳米硅粉镶嵌于沥青衍生碳中，纳米硅粉的粒度不大于200nm。

所述沥青衍生碳的前驱体为软化点为250℃石油沥青。

一种制备所述硅碳负极材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将微米硅粉分散于乙醇中，并加入分散剂，混合均匀后加入球磨罐中球磨，得到纳米硅粉乙醇混合物；所述硅和乙醇的比例为20％～30％；所述分散剂为硅粉质量的0.5％～1％；所述纳米硅粉的粒度不大于200nm；

步骤2：称取沥青，加入纳米硅粉乙醇混合物中搅拌，得到硅沥青混合物；所述纳米硅粉和沥青的比例为1︰10～1︰1；

步骤3：将硅沥青混合物置于喷雾干燥机中进行喷雾干燥，得到硅沥青喷雾中间体；喷雾干燥进风温度为150℃～190℃，出风温度为70℃～90℃；

步骤4：将硅沥青喷雾中间体置于包覆机进行预加热，得到硅碳前驱体；所述预加热：先升温到600℃～700℃后保温1h～2h，再继续升温到750℃～850℃后保温2h～4h，升温速度为5℃/min～10℃/min，加热气氛为惰性气体；

步骤5：将硅碳前驱体进行高温烧结，即得到硅碳负极材料；所述高温烧结的烧结温度为850℃～950℃，保温时间为1h～3h，加热气氛为惰性气体。