[发明专利]多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料及其制备方法，克服了目前硅碳材料表面碳包覆不均且难以完整的缺陷，并通过简单的方法解决了硅碳负极难以提高压实密度的难题。硅碳负极材料包括：一次颗粒和二次颗粒，所述一次颗粒为多孔硅碳材料，多孔硅均匀分散在活性炭内，在多孔硅和活性炭的表面包覆一层厚度3‑50nm的热解碳包覆层，其中多孔硅占一次颗粒质量5‑50%，活性炭占一次颗粒质量20‑30%，热解碳占一次颗粒质量20‑75%；所述二次颗粒为一次颗粒与石墨均匀分散在热解碳中形成的团聚体，其团聚体粒径为5‑100um，硅碳负极材料的总碳含量为80‑90%，压实密度为1.1‑1.7g/cm³。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种多次混合包覆制备高压实密度硅碳负极材料制备方法。

背景技术

随着电动汽车领域的快速发展，人们对动力电池的质量能力密度要求越来越高。目前商业化锂离子二次电池大部分采用石墨作为负极材料，由于石墨负极理论容量较低，仅为372mAh/g，商业化的石墨类负极材料其比容量一般在300-360mAh/g，通过工艺的改善已经难以对电池的能力密度有大的提高。因此，发展具有高比能力的电池用负极材料成为锂电行业的迫切要求。

在诸多的负极材料中，硅具有极高的理论比容量（4200mAh/g），可以大幅度提高锂离子电池的能量密度。但硅在充放电过程中体积膨胀可达300%，在膨胀-收缩过程中会因残余应力的作用产生粉化、破碎，并且，硅表面不能形成稳定的SEI膜。因此，需要对硅进行很好的包覆，使其不与电解液直接接触。并且，需要为硅的体积膨胀预留出充足的空间或提高周围环境抗体积变化的能力。因此，硅/碳复合材料成为硅负极商业化应用的最好选择。

现有的技术多采用包覆的方式，在硅表面形成无定型碳层。硅碳材料的包覆多采用球磨法或液相包覆法。但这种方法制备的材料硅颗粒分布不均，且表面包覆很难完整；若采用静电喷雾的方式，虽然能对硅颗粒形成均匀且完整的包覆，但由于生产效率不高、生产安全性较低而很难进行大规模的商业化生产。

发明内容

为了提供一种多次混合包覆制备高压实密度硅碳负极材料制备方法，克服了目前硅碳材料表面碳包覆不均且难以完整的缺陷，并通过简单的方法解决了硅碳负极难以提高压实密度的难题。本发明提供了一种低成本、高压实、可大规模制备的硅碳负极材料制备方法。

一种多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料，硅碳负极材料包括：一次颗粒和二次颗粒，所述一次颗粒为多孔硅碳材料，多孔硅均匀分散在炭材料内，在多孔硅和炭材料的表面包覆一层厚度3-50nm的热解碳包覆层，其中多孔硅占一次颗粒质量5-50%，炭材料占一次颗粒质量20-30%，热解碳占一次颗粒质量20-75%；所述二次颗粒为一次颗粒与石墨均匀分散在热解碳中形成的团聚体，其团聚体粒径为5-100μm ，硅碳负极材料的总碳含量质量分数为80-90％，压实密度为1.1-1.7g/cm³ ；

所述炭材料为木质炭、椰壳炭、石墨烯、碳纳米管、乙炔黑、科琴黑、Super P、气相沉积碳纤维中的一种或几种的组合。

根据所述多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料，所述一次颗粒中热解碳的碳源为蔗糖、葡萄糖、可溶性淀粉、柠檬酸、酚醛树脂、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡络烷酮、抗坏血酸、壳聚糖、海藻酸钠、聚苯胺、聚噻吩、聚丙烯腈的一种或几种的组合。

根据所述多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料，所述石墨为鳞片石墨或球形石墨；制备二次颗粒的过程中所采用的热解碳碳源为木沥青、煤沥青、石油沥青、酚醛树脂、葡萄糖、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡络烷酮的一种或几种组合。

一种硅碳负极材料的制备方法，按照如下步骤制备得到：

（1）将原料硅粉和金属粉在高能球磨机下湿法球磨，所述球磨机转速为400-700r/min，得到均匀混合的浆料，蒸干溶剂后在非氧化性气氛下高温煅烧得到合金化的硅粉；