[发明专利]一种硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池，该制备方法包括以下步骤：纳米硅与石墨固相混合，过筛，然后与无定型碳前驱体固相混合，过筛，振动成型，烧结，得到硅碳负极材料，其中，通过过筛的步骤分散石墨、纳米硅和无定型碳前躯体，实现了纳米硅均匀的包覆于石墨表面，无定型碳前驱体均匀包覆于纳米硅表面；通过振动成型的步骤，实现了无定形碳前驱体与纳米硅、纳米硅与石墨面面接触，无空隙存在；通过烧结的步骤，实现了挥发性物质由内到外慢慢挥发，从而避免了由于挥发性物质产生巨大的气体压力而造孔的情形发生；本发明制备方法得到的硅碳负极材料制备锂离子电池表现出优异的电化学循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池。

背景技术

近年来，随着新能源电动汽车续航里程需求的提高，现阶段商业化石墨负极材料(理论比容量为372mAh/g)已难以满足当前的需求，亟需开发一种高比容量的负极材料，单质硅由于具有较高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的嵌锂电位而最有可能替代商业化石墨负极材料，但是单质硅在脱、嵌锂过程中会产生巨大的体积效应(高达300％)，导致电极结构的崩塌和电极材料的剥落，造成电极材料间、电极材料与导电剂(如碳)和粘合剂、电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，从而导致电极的循环性能加速下降，加之单质硅本身的导电性差，严重阻碍了单质硅作为锂离子电池负极材料的实用化；为解决硅负极材料在应用中存在的问题，目前研究者们通常采用的方法是制备含硅的复合材料，含硅的复合材料主要有两个发展方向：一是制作出高容量的硅碳材料，然后与一定石墨物理混合成所需容量进行使用；另一个是直接使用硅、石墨及有机碳包覆、融合，然后炭化处理制备出所需容量硅碳材料。相对于前者，后者在硅分散的均匀性，物料的一致性方面更具优势。

中国专利CN102651476B公开了一种硅碳复合负极材料及其制备方法，所述硅碳复合负极材料是以石墨为核，纳米硅作为壳层，通过溶液中的正负离子表面活性剂的电荷吸附法制得，尽管采用该方法能够实现纳米硅均匀的分散于石墨表面，但是没有无定形碳层包覆纳米硅，会导致在脱、嵌锂过程中纳米硅产生巨大的体积膨胀和结构坍塌，造成循环性能较差。

如Hou X等(Journal of Power Sources,2014,248(2):721-728)公开了一种以石墨为核，纳米硅均匀分散于石墨表面，且无定形碳作为壳层包覆于纳米硅表面的硅碳复合材料，尽管得到了硅碳材料具有优异的循环性能，但是此方法采用多次喷雾干燥工艺，步骤繁杂，反应过程不易控制，稳定性差，不利于产业化发展应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，该制备方法工艺简单，易操控，且得到的硅碳负极材料电化学循环性能稳定好，首次充放电效率高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米硅和石墨固相混合，过筛，得到纳米硅/石墨复合材料；

(2)将得到的纳米硅/石墨复合材料与无定形碳前驱体固相混合，过筛，得到纳米硅/石墨/无定形碳前驱体复合材料；

(3)将得到的纳米硅/石墨/无定形碳前驱体复合材料振动成型，得到密实粉体；

(4)将得到的密实粉体进行烧结，得到硅碳负极材料。

优选地，步骤(1)中，所述固相混合的方式为机械混合，进一步优选为VC混合、球磨混合或研磨混合，特别优选为球磨混合，所述球磨混合的球磨速率为300～1500r/min；

优选地，步骤(1)中，所述固相混合的时间为0.1h以上；