[发明专利]石墨硅复合锂离子电池负极材料和制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨硅复合锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法是先制备硅研磨液、高丙烯腈含量共聚高分子微球乳液和石墨分散液，再将它们混合制得石墨/硅/高丙烯腈含量高分子微球的复合分散液；然后经喷雾干燥、热处理后，加入沥青进行熔融机械式捏和，最后经高温烧结、粉碎、过筛制得石墨硅复合锂离子电池负极材料。本发明提出利用高丙烯腈含量聚合微球作为热解碳前驱体粘结石墨和硅，通过造粒的方法，自组装成较大球形颗粒硅碳复合材料。采用高丙烯腈含量高分子微球作为热解碳源，残炭量高，混合均一，硅与石墨粘结牢固，长期存放和充放电不易脱落。利用高温沥青进行二次包覆不仅能抑制硅的膨胀，而且还能解决纳米硅颗粒表面突露的问题。

主权项

一种石墨硅复合锂离子电池负极材料，其特征在于由下述方法制备而成：（1）制备硅研磨液：在低沸点有机溶剂分散介质存在下，利用研磨机研磨硅，并在硅的研磨液内，加入有机弱酸，控制硅研磨液的pH值在6以下，质量固含量为8‑20%，硅研磨液中硅颗粒的平均粒径为80～300nm；（2）制备高丙烯腈含量共聚高分子微球乳液：往低沸点有机溶剂介质中，加入有机醇可溶性高分子聚合物8～20重量份，升温至50℃使其完全溶解成均匀透明的溶液，接着加入20～80wt%的可共聚的不饱和单体和80～20wt%的丙烯腈或甲基丙烯腈单体，升温到73℃，再加入引发剂溶液，引发剂溶液由0.01～5wt%的油溶性引发剂加热溶解在10重量份低沸点有机溶剂中配成，聚合反应得到D50在1um以下的高丙烯腈含量共聚高分子微球乳液；（3）制备石墨分散液：往低沸点有机溶剂中缓慢加入D50在1～10um的石墨粉体，搅拌制得石墨分散液；（4）制备石墨/硅/高丙烯腈含量高分子微球的复合分散液：把步骤（1）制得的硅研磨液边搅拌边加入到步骤（3）的石墨分散液中，石墨与硅颗粒按固含量的质量比：石墨80～97重量份，硅颗粒3～20重量份，调整分散液固含量为15～25wt%；再将步骤（2）制得的高丙烯腈含量高分子微球8～20重量份加入到上述分散液中，搅拌，调整固含量到15～25wt%之间，得到石墨/硅/高丙烯腈含量高分子微球的复合分散液；（5）对石墨/硅/高丙烯腈含量高分子微球的复合分散液进行喷雾干燥和热处理；（6）将热处理后的物料进行轻微粉碎，再利用混捏机在250‑350℃的氮气保护下和8～20重量份沥青进行熔融机械式捏和，对捏和后的样品进行高温烧结，然后自然冷却至室温；粉碎、过筛，得到锂离子电池石墨硅复合负极材料。