[发明专利]一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，

(1)纳米硅分散液表面改性：将硅烷偶联剂与纳米硅分散液加入反应釜中，接着加入链转移剂和芳香类乙烯基单体，在油溶性引发剂存在下进行聚合，得到表面附着有聚合物的改性纳米硅分散液，所述聚合物的重均分子量为1500～15000；所述步骤(1)后进行，(1″)将得到的改性纳米硅分散液加入至单体总量60～80wt％芳香类乙烯基单体中搅拌混合，提纯直至除尽混合液中小分子有机醇，得到含有改性纳米硅的芳香类乙烯基单体分散液；

(2)聚合物/纳米硅复合微球的制备：将改性纳米硅的芳香类乙烯基单体分散液与溶有油溶性引发剂的丙烯腈或甲基丙烯腈混合形成的分散相，加入到含有分散剂、电解质、乳化剂和阻聚剂的连续相中进行高剪切乳化分散，将乳化分散液移至反应器中，在氮气保护气氛中，进行微悬浮聚合制备聚合物/纳米硅复合微球；

(3)将聚合物/纳米硅复合微球与石墨类材料进行复合，固相碳包覆，然后粉碎、筛分并除磁得到硅碳复合负极材料；

步骤(1)中所述纳米硅分散液为在小分子有机醇分散介质存在下，利用高能研磨机研磨硅，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；所述小分子有机醇为乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇中的一种；所述有机弱酸为乙酸、衣康酸、油酸、草酸、硬脂酸、柠檬酸、马来酸、富马酸、己二酸中的一种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂与纳米硅的质量比为1∶5～1∶0.5；

所述硅烷偶联剂为烷基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、链烯基硅烷偶联剂、环氧烷基硅烷偶联剂和烷基丙烯酰氧基硅烷偶联剂中的一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述油溶性引发剂与纳米硅的质量比为1.0～5.0∶100；所述油溶性引发剂为过氧化类引发剂或偶氮类引发剂；所述过氧化类引发剂为过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化-2-乙基丁酸、叔丁基过氧化-2-乙基己酸、叔己基过氧化新戊酸中的一种或两种以上的组合；所述偶氮类引发剂为偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或两种以上的组合；

步骤(1)所述芳香类乙烯基单体与纳米硅的质量比为1∶2～2∶1，所述芳香类乙烯基单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、卤代苯乙烯中的一种或两种以上的组合；

步骤(1)中所述链转移剂用量占可聚合的自由基单体总量的1.0～15.0wt％，所述链转移剂为2-巯基乙醇、正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、巯基乙酸2-乙基己酯，正辛基硫醇中的一种或两种以上的组合；所述可聚合自由基单体为能够进行自由基聚合的硅烷偶联剂和芳香类乙烯基单体。

4.根据权利要求1所述硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物/纳米硅复合微球的制备包括步骤：(1)称取油溶性引发剂溶解到20～40wt％的丙烯腈或甲基丙烯腈中，并与含有改性纳米硅的芳香类乙烯基单体分散液混合形成分散相，所述油溶性引发剂为单体总量的1.0～5.0wt％；(2)将单体总量1.0～5.0wt％的分散剂加入去离子水中使其完全溶解成均匀透明的溶液，再加入单体总量0.01～0.05wt％的电解质，0.02～0.05wt％的阻聚剂，0～0.005wt％的乳化剂并溶解形成连续相，且乳化剂加入量不为零；(3)把分散相加入到连续相中，并采用高速剪切乳化分散机中进行乳化分散，得到水包油型悬浮液，所述高速剪切乳化分散机的剪切速度为5000～15000rpm，剪切时间为0.4～0.6h；(4)将上述悬浮液加入到装备有氮气保护装置的反应器中，升温至60～75℃，保温反应6～12h，得到固含量在20～25％的聚合物/纳米硅复合微球乳液；单体总量为芳香类乙烯基单体和丙烯腈或甲基丙烯腈组成，总量为100％。