[发明专利]一种锂电池用硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂电池用硅复合材料，其原料按重量份数如下：硅粉18‑30份，炭材料18‑30份，沥青5‑7份，四氢呋喃溶剂20‑40份，氯化钾溶液20‑40份，催化剂3‑5份，氧化镍1‑3份，聚苯乙烯10‑14份，有机溶剂30‑40份。本发明严格控制该锂电池用硅复合材料及其制备方法，通过严格控制锂电池用硅复合材料的各组份的占比以及制备工艺参数，通过将原料依次通过四氢呋喃溶剂和氯化钾溶液处理后，使得复合材料的可逆容量超过650mAh/g，经过50次循环可逆容量仍保持在560mAh/g以上，而且电化学性能优良，通过加入的聚苯乙烯并进行裂解处理后，使得复合材料的可逆容量超过800mAh/g，进一步提高了产品的循环使用次数，提高了使用寿命，适合广泛推广。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种锂电池用硅复合材料，同时本发明还涉及一种锂电池用硅复合材料的制备方法。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

硅复合材料作为锂电池中重要的电极材料，现有的硅复合材料多采用硅炭复合材料，由于硅碳负极材料的膨胀率高，可逆容量较低，循环使用后，材料的使用寿命下降严重，易造成电池循环寿命偏低，不适合推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池用硅复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂电池用硅复合材料，其原料按重量份数如下：硅粉18-30份，炭材料18-30份，沥青5-7份，四氢呋喃溶剂20-40份，氯化钾溶液20-40份，催化剂3-5份，氧化镍1-3份，聚苯乙烯10-14份，有机溶剂30-40份。

优选的，所述炭材料为石墨、中间相微球、炭黑、无定形碳、碳纳米管、碳纳米线、碳凝胶和石墨烯当中的任意两种，且炭材料采用均为粉末状结构，且两种材料的重量比为1:1。

优选的，所述四氢呋喃溶剂的浓度至少为40％，所述氯化钾溶液溶液的浓度至少为30％。

优选的，所述催化剂为Ag、Au、Mo、Cu和Ti当中的任意一种，且均为粉末状颗粒。

优选的，所述有机溶剂括无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶剂，其中无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合比例为7:1:1:2:1:3:1。

本发明还提供一种锂电池用硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：取料，将硅粉、炭材料、沥青、四氢呋喃溶剂、氯化钾溶液、催化剂、氧化镍、聚苯乙烯和有机溶剂按重量份数称取，备用；

S2：混合，将硅粉、沥青、四氢呋喃溶剂、氧化镍和催化剂均加入到有机溶剂中，并混合搅拌均匀，待四氢呋喃溶剂挥发后，制得混合物前驱体溶液；

S3：保温，将制得的混合物前驱体溶液放置在管式炉中，在保证管式炉密闭的条件下，通入惰性气体，控制温度950-1050℃，保温2-3h，获得粉末颗粒，备用；

S4：混合碳化，将炭材料加入到S3中保温完成的粉末颗粒中，控制温度900-920℃条件下，碳化并保温1-2h，获得复合材料A；

S5：氯化钾处理，将S4中获得的复合材料A和氯化钾溶液进行混合，在真空搅拌机中混合搅拌15-25min，调节粘度至2000-4000mPa·s，经过100-140目的筛得到凝胶状混合物；