[发明专利]表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料及其制备方法，主要由以下组份按照质量百分比制备而成：4～10wt.％的偏磷酸铝、10wt.％的沥青裂解碳、15wt.％的球形纳米硅粉和71‑65wt.％的石墨粉；通过将纳米硅粉加入去离子水中超声分散，随后加入石墨粉超声搅拌均匀，然后加入水性沥青，搅拌混合均匀以后，进行喷雾干燥，将干燥以后的粉末与偏磷酸盐复合进行机械融合，最后转入真空炉中高温碳化，即得。本发明公开了一种具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料，表面存在的复合修饰层可以很好的抑制电解液对纳米硅材料的腐蚀，缓解体积膨胀，提升导电性，增加循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学电源技术领域，具体涉及一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料及其制备方法。

背景技术

硅通过与锂形成锂硅合金的方式来嵌锂，在嵌锂过程中伴随有巨大的体积膨胀，脱锂去合金化过程中又伴随着剧烈的体积收缩，这种体积变化高达300％，极易造成硅材料粉化，严重影响循环稳定性。通过制备合适粒度的纳米硅粉，可以有效解决硅材料在电化学循环过程中的颗粒粉化，但是纳米硅材料嵌锂以后巨大的体积变化效应仍然存在，电极经过反复的体积膨胀和收缩，颗粒仍然会失去电接触和粉化，造成容量损失，引起循环寿命衰减。以现有的成熟的商业化石墨类负极材料为基础骨架复合纳米硅材料，来弥补硅基材料的固有缺点，获得比容量和循环寿命满足锂离子电池负极材料需求的新型复合负极材料，不失为一种有效可行的低成本化方法。

但是纳米硅跟石墨复合以后，两者的脱嵌锂膨胀收缩率不一致，容易导致纳米硅颗粒失去电接触，造成容量损失，同时表面形成的SEI膜不稳定，不断消耗电解液，是电池的锂离子传输受阻，从而引起材料循环寿命下降。再者，现阶段主要通过将硅材料纳米化，并和其他材料复合来提升循环寿命。但是硅材料纳米化以后比表面积大，表面容易受到电解液的侵蚀，且虽然硅材料纳米化以后嵌锂膨胀仍然存在，因此需要进一步进行表面修饰。本发明通过简单易行的方式在材料表面进行碳包覆和偏磷酸复合修饰来获得长循环寿命的纳米硅-石墨复合负极材料。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料，所述负极材料主要由以下组份按照质量百分比制备而成：

偏磷酸铝4～10wt.％、沥青裂解碳10wt.％、球形纳米硅粉15wt.％和石墨粉71-65wt.％。

本发明另一项技术目的是提供上述表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料的制备方法，包括表面碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层、纳米硅-石墨复合材料的制备和其作为锂离子电池用的硅碳复合材料使用的方法及步骤；其中，本发明中所涉及的制备方法如下：

首先将纳米硅粉加入去离子水中超声分散，得到均匀的分散液，再加入石墨粉超声搅拌均匀，然后加入水性沥青，搅拌混合均匀以后，进行喷雾干燥，将干燥以后的粉末与偏磷酸盐复合进行机械融合，最后转入真空炉中高温碳化，得到表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料。

具体包括以下步骤：

1)按配方称纳米硅粉加入到去离子水中并超声搅拌分散，得到纳米硅粉分散液；

2)将步骤1)的悬浮液高速搅拌，先根据配方比例加入石墨粉，搅拌混合一定时间后加入水性沥青，高速搅拌均匀，同时加入去离子水控制悬浮液的固含量在10～15wt.％的范围内；

3)将步骤2)的悬浮液再用喷雾干燥机进行喷雾干燥，控制喷雾进口温度在200-220℃，进料量在20-30kg/h，得到干燥粉末；