[发明专利]一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用硅碳复合材料，其特征在于：硅碳复合材料为硅材料均匀分散并镶嵌于石墨材料表面及石墨材料之间所形成的二次颗粒结构；所述的二次颗粒表面及内部的石墨材料、硅材料均包覆有一层无定形碳，构成二次颗粒的石墨材料相互随机取向，二次颗粒各向同性取向；

所述锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨材料和硅材料分别与分散剂、有机溶剂进行湿法研磨，得到石墨浆料和硅浆料，将两种浆料混合，得到石墨/硅混合浆料；或者将石墨材料和硅材料同时与分散剂、有机溶剂进行湿法研磨，得到石墨/硅混合浆料；

(2)制备高分子聚合物溶液，将第一碳前驱体用溶剂溶解，并与高分子聚合物溶液一同加入步骤(1)所制得的浆料中，进行湿法研磨，得到石墨/硅/高分子聚合物/第一碳前驱体混合浆料；或者将第一碳前驱体用溶剂溶解，并与高分子聚合物粉末一同加入到步骤(1)所制得浆料中进行湿法研磨，得到石墨/硅/高分子聚合物/第一碳前驱体混合浆料；

(3)对步骤(2)所得的混合浆料进行干燥造粒，随后在非氧化性气氛下在500～1400℃进行碳化处理；

(4)对步骤(3)所得产物进行第二碳前驱体包覆处理，随后在非氧化性气氛下在500～1400℃进行碳化；

(5)对步骤(4)所得产物进行破碎、筛分和除磁，制得所述硅碳复合材料；

其中，步骤(1)中湿法研磨的有效线速度为10～15m/s，步骤(2)中湿法研磨的有效线速度为2～5m/s；

所述高分子聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、卡拉胶、果胶、藻酸丙二醇酯、海藻酸、海藻酸钠、海藻酸锂、黄原胶中的一种或至少两种的组合。

2.如权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合材料，其特征在于：所述的二次颗粒的中值粒径在2～60μm之间，石墨材料中的单片石墨片中值粒径为1～15μm之间，硅材料中的硅颗粒中值粒径在0.01～5μm之间，无定形碳层的厚度0.001～2μm之间。

3.如权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合材料，其特征在于：所述的硅碳复合材料中，石墨含量为50～80wt％，硅含量为0.01～80wt％，无定形碳含量为15～40wt％。

4.一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将石墨材料和硅材料分别与分散剂、有机溶剂进行湿法研磨，得到石墨浆料和硅浆料，将两种浆料混合，得到石墨/硅混合浆料；或者将石墨材料和硅材料同时与分散剂、有机溶剂进行湿法研磨，得到石墨/硅混合浆料；

(2)制备高分子聚合物溶液，将第一碳前驱体用溶剂溶解，并与高分子聚合物溶液一同加入步骤(1)所制得的浆料中，进行湿法研磨，得到石墨/硅/高分子聚合物/第一碳前驱体混合浆料；或者将第一碳前驱体用溶剂溶解，并与高分子聚合物粉末一同加入到步骤(1)所制得浆料中进行湿法研磨，得到石墨/硅/高分子聚合物/第一碳前驱体混合浆料；

(3)对步骤(2)所得的混合浆料进行干燥造粒，随后在非氧化性气氛下在500～1400℃进行碳化处理；

(4)对步骤(3)所得产物进行第二碳前驱体包覆处理，随后在非氧化性气氛下在500～1400℃进行碳化；

(5)对步骤(4)所得产物进行破碎、筛分和除磁，制得所述硅碳复合材料；

其中，步骤(1)中湿法研磨的有效线速度为10～15m/s，步骤(2)中湿法研磨的有效线速度为2～5m/s；

所述高分子聚合物为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸锂、羟甲基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、甲基羟乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、甲基羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶、卡拉胶、果胶、藻酸丙二醇酯、海藻酸、海藻酸钠、海藻酸锂、黄原胶中的一种或至少两种的组合。