[发明专利]一种锂离子动力电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供锂离子动力电池负极材料的制备方法。

背景技术

目前，锂离子电池已经在3C、动力和储能领域得到广泛应用，其中，锂离子动力电池市场成为全球锂电市场快速增长的最大引擎。随着我国新能源汽车的迅速发展，由此带动对锂离子动力电池的需求呈大幅上升。特别是，为了不断提高汽车的续航里程，对动力电池比能量的要求也越来越高。负极材料的比容量直接影响着电池的能量密度，而商用锂离子电池负极材料主要为石墨材料，其实际比容量接近其理论值372mAh/g，几乎没有提升空间，无法满足高能量密度锂离子动力电池的发展需求。因此，人们开始不断寻找新型高容量负极材料来替代现有的石墨。

由于硅材料的理论嵌锂比容量高达4200mAh/g，且脱嵌锂电压低，与电解液反应活性低，成为一种很有应用前景的锂离子电池负极材料。但其嵌锂过程中产生的巨大体积膨胀，易使硅颗粒破碎、粉化，从而丧失与集流体的电接触，表现为电池容量快速衰减，循环稳定性较差。同时，较低的电导率阻碍材料电化学容量的发挥。上述因素严重限制硅材料的商品化应用。近年来，对硅材料的研究重点一直在如何缓解硅充放电过程中的体积效应，以及如何改善材料的导电性等方面。

CN104143629A公开了一种Si/C/石墨复合负极材料制备方法，该法先将微米硅与有机碳源均匀混合，球磨获得纳米硅混合物，再与天然球形石墨负极材料混合，喷雾干燥后的混合物，最后经焙烧、破碎等工序得到Si/C/石墨负极材料。该锂离子电池用硅碳复合负极材料可逆比容量大于490mAh/g，首次循环库仑效率大于73.5%，50次循环比容量衰减率小于12.5%。虽然该法提供的Si/C/石墨负极材料首次充放电效率和循环稳定性优于纯硅负极材料，放电容量高于商品化石墨负极材料，但其首次充放电效率和循环稳定性仍有提高的空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有硅基复合负极材料的缺陷，提供一种首次充放电效率高和循环稳定性好的锂离子动力电池负极材料的制备方法。

所述的锂离子动力电池负极材料的制备方法，由以下步骤组成：将粒度80~200nm硅粉和有机碳源加入1200~2000ml 35%乙醇水溶液，或再加入导电剂，混匀，在进风温度150~200℃，出风温度100~120℃，进料泵转速10~50rpm，喷雾压力.20~0.35MPa，边搅拌，边喷雾干燥，得到前驱物；将前驱物在惰性气氛下，以2~5℃/min速率升温至400~1200℃，保温2~5h，再以2~5℃/min速率降温至300℃，冷却至室温，得到硅基复合物；将硅基复合物与人造石墨混合，得到锂离子动力电池负极材料。

所述有机碳源为沥青、丁苯橡胶或聚乙烯吡咯烷酮。

所述硅粉与有机碳源的质量比为1:1~3:1。

所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑、石墨烯或碳纳米管，其用量为硅粉和有机碳源总质量的0~5%。

所述硅基复合物与石墨的质量比为2~20:80~98。所述石墨为人造石墨。所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明采用喷雾干燥热解法制得锂离子动力电池负极材料，该材料包含具有核壳结构粒子的硅基复合物颗粒，其余为另一种活性粒子石墨颗粒。硅基复合物颗粒核为活性粒子，壳为导电物质，多个这样的一次颗粒聚集形成球形二次颗粒。硅基复合物中硅、无定形碳膜或硅、无定形碳膜、导电剂得到有效复合，有机碳源热解碳、导电剂起到缓冲硅体积效应、增强电子导电性的作用。将硅基复合物直接应用在锂离子动力电池，其性能指标如首次充放电效率、循环稳定性尚达不到使用要求。因此，基于石墨的高导电性，将硅基复合物和石墨混合后制得的锂离子动力电池负极材料，在牺牲一定放电容量的前提下，进一步提升负极材料的首次充放电效率和循环稳定性。

附图说明

图1为实施例1硅基复合物的SEM图。

图2为实施例6硅基复合物的SEM图。

图3为实施例9硅基复合物的SEM图。

图4为实施例11锂离子动力电池负极材料的SEM图。

图5为实施例10~12锂离子动力电池负极材料的放电循环性能曲线。

图6为实施例13~15锂离子动力电池负极材料的充放电循环性能曲线。

具体实施方式

下面结合附图、表1和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1