[发明专利]一种硅碳复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合负极材料的制备方法，其制备过程为，首先制备出压电无机材料复合模板，之后通过液相法在其表面包覆纳米硅及其硅藻土，之后在惰性气氛下进行烧结还原得到硅碳复合负极材料。本发明利用内核多孔压电材料，在电池外部收到压力时，压电无机材料产生压电效应，并反馈到电源管理系统以实时监控电池的使用状况，并预测其电池的安全使用状况，同时内核压电复合材料为多孔结构，在正常充放电时可以缓冲充放电过程中硅材料的膨胀，提高电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高安全性硅碳复合负极材料的制备方法。

背景技术

随着市场对高比能量度需求的增加，要求锂离子电池在具有高比能量密度的同时，电池的安全性能也能得到保证，而硅碳负极材料是组成锂离子电池的关键组成部分，其性能的优劣对锂离子电池的循环性能、倍率性能及其安全性能起到重要作用，但是目前的硅碳负极材料在使用过程中，存在膨胀率高造成其循环寿命偏差，并造成较大的安全隐患，因此需要通过对硅碳材料进行改性以提高其安全性能。目前提高其硅碳负极材料的安全性能主要措施有：在硅碳材料表面包覆碳材料或通过雾化法等新技术降低其材料膨胀，并提高其循环和安全性能。比如专利（CN107887582B）公开了一种硅/碳粉末复合材料及其制备方法以及电池负极材料，其主要通过将硅进行真空加热熔炼至熔融状态，制得硅熔浆，再通过在该硅熔浆中通入惰性气体和碳源气体的混合气体，并对其进行紧耦合超声真空气雾化，制得硅/碳粉末复合，解决了硅在锂离子脱碳过程中产生巨大体积膨胀导致材料结构破坏的问题，从而提高了材料的循环性能和安全性能。上述方法虽然在安全性能上有所改善，但是其制备过程复杂，制备工艺要求高，安全性能改善效果不明显，并不能监控到锂离子电池的安全运行状况。而压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。如将压电材料掺杂在硅碳材料内部并应用于锂离子电池，在锂离子电池出现挤压时，锂离子电池的电压瞬间出现明显的电压升高或降低，并显示在电源管理系统屏幕中，并对锂离子电池进行保护。

发明内容

为提高硅碳复合材料的安全性能，本发明通过在硅碳材料中掺杂压电材料并制备出多孔硅碳复合负极材料，提高其材料的安全性能及其循环性能。

本发明提供了一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）压电复合材料模版的制备：

将磺化聚苯乙烯微球加入到醇类溶剂中搅拌均匀后，之后将四甲基氢氧化铵和压电材料加入到上述溶液中，之后转移到高压反应釜中，加热反应后过滤干燥，得到压电复合材料模版A，其中，各成分的质量比为磺化聚苯乙烯微球:醇类:四甲基氢氧化铵:压电材料=1:（20～50）:（1～5）:（1～5）；

（2）硅碳复合负极材料的制备：

将压电复合材料模版A添加到二氯甲烷/丙酮（体积比1:1）的有机溶剂中，搅拌均匀后，添加纳米硅和硅藻土，并通过超声分散均匀后，过滤，干燥，并添加到四氢呋喃中浸泡，之后离心干燥，之后转移到管式炉中，首先通入惰性气体排出管内空气，之后加热反应后自然降温到室温，得到硅碳复合负极材料，其中，各成分的质量比为压电复合材料模版A:有机溶剂:纳米硅:硅藻土=1:（50～500）:（10～20）:（10～20）。

在本发明的优选实施方案中，步骤（1）中的压电材料为铌酸锂、 钽酸锂和锗酸锂中的一种。

在本发明的优选实施方案中，步骤（1）中的醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、二甲醇和二丙醇中的一种。

在本发明的优选实施方案中，步骤（1）中的加热温度为25～100℃，反应时间为 1～6小时。

在本发明的优选实施方案中，步骤（2）中的浸泡时间为1～12小时。

在本发明的优选实施方案中，步骤（2）中的加热温度为500～800℃，保温时间为1～6小时。