[发明专利]一种锂离子电池用碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种锂离子电池用碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法，本发明制备的锂离子电池用碳包覆的硅酸锰锂复合材料，采用了特定工艺制备的高比表面碳对湿法制备的硅酸锰锂材料进行包覆，使得硅酸锰锂均匀分布，并且紧密的包覆与高比表面碳中，因此该复合材料在用于锂离子电池时，具有较高的导电性能和良好的循环稳定性，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

主权项

一种锂离子电池用碳包覆硅酸锰锂复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备二氧化硅溶胶将摩尔比为1：2∶2∶1‑1：3∶3∶1纳米硅粉、无水乙醇、去离子水和氨水按混合搅拌得到溶液A；将正硅酸乙酯按摩尔比1:2‑1:3分散在无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液B，将溶液A与溶液B按体积比1:3‑1:5充分混合，恒温下搅拌12‑15小时，生成内含纳米硅的二氧化硅微球溶胶，溶于去离子水中，并在200‑250W的功率下，超声50‑70min后，配置得到混合溶液I备用；(2)制备硅酸锰锂称取化学计量比的二水乙酸锂和四水乙酸锰，并溶解于去离子水中，形成溶液C，将步骤(1)中的混合溶液I缓慢加入到上述溶液C中，在120‑150W的功率下超声1‑2h，配置得到混合溶液II，其中混合溶液中的锂、锰、硅的摩尔比为2∶1∶1；按照摩尔比1∶2的比例称取柠檬酸和乙二醇，溶于去离子水中并配制成螯合剂；再将螯合剂缓慢滴加到步骤B所得混合溶液II中，并不断搅拌，使之混合均匀，利用氨水调节溶液pH值为5‑7，配置得到混合溶液III，所得混合溶液III置于80‑90℃水浴中，并不断搅拌得到凝胶，将所得凝胶置于130‑150℃真空干燥箱中干燥8‑10h，得到干凝胶，并充分研磨后干凝胶置于400‑450℃充满氦气的管式炉中烧结2‑3h，以除去多余的氨气及水蒸气，冷却后充分研磨后在充满氦气的管式炉中，于700‑900℃焙烧7‑9h，冷却研磨得硅酸锰锂材料；(3)制备高比表面碳将重量比为1∶3‑5的聚丙烯腈和无水碳酸钠混合均匀，加入N，N‑二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌2‑3h，减压蒸馏除去溶剂，得到固态混合物，将上述固态混合物在氮气保护下，放入管式炉中进行焙烧，其升温程序为：先在120‑160℃保持2‑3h，升温速率3‑5℃/min，再升温到800‑850℃并保持1‑2h，升温速率为8‑10℃/min，焙烧所得样品先用水冲洗至PH值呈中性，然后用乙醇清洗三次，45‑50℃下干燥至恒重即可；(4)碳包覆硅酸锰锂材料在上述硅酸锰锂材料中加入相对于硅酸锰锂材料的含量5.5‑8.5wt％的高比表面碳，球磨混合均匀后在氮气气氛下得管式炉中加热，加热温度为1300‑1650℃，加热时间为2‑3h，冷却后得到碳包覆的硅酸锰锂复合材料。