[发明专利]一种制备锂离子动力电池用硅碳负极材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备锂离子动力电池用硅碳负极材料的方法，属于锂离子电池电极材料制备技术领域。该方法具体步骤是：第一步反应为氧化亚硅的球磨还原，利用镁粉的活性对氧化亚硅部分还原，并且残留的镁及氧化镁可以作为缓冲材料存在于电极中；第二步反应即为水热反应，利用葡萄糖水溶液的水热反应对球磨得到的复合材料进行复合‑包覆处理；第三步为气氛保护下的碳化反应，实现硅碳材料的复合。本发明选取的原料简单，工艺容易实现，合成中无酸洗，无毒害，绿色环保，得到的电极材料在长循环中保持高容量水平，为硅碳负极的商业化提供可能路径。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种制备锂离子电池硅碳负极材料的方法。

背景技术

随着锂离子电池从便携式电子设备到动力汽车的发展，对锂离子电池的能量密度的提高有着紧迫的需求。对于锂离子的可逆插层，商业化的可充电电池依赖石墨制造的负极。虽然石墨材料具有良好的导电性能、低的电化学电位和高库仑效率(95％)，但具有较低的储锂容量(372mAh/g)限制它满足我们社会日益增长的要求的可能性。目前其容量发挥已几乎接近极限。为了提高电池的性能，用石墨代替几种不同的拥有高的储锂容量的阳极材料已经被提出。在锂离子负极材料中，最有前途的元素是Si，它具有高理论比容量(4200mAh/g)，远高于普通石墨的理论比容量。并且在充放电过程中，硅材料的电压平台要略高于锂，在循环过程中，负极表面不会产生锂枝晶，提高了安全性能。目前硅材料的主要问题是电池充放电过程中的体积膨胀问题，因此常见的硅材料需要和碳材料进行复合以缓解此种效应。

目前，已经有专利和文献公布了若干种不同硅碳负极的制备方法。

比如，公开号为CN103199252A的专利公布了硅碳材料的制备方法，其用硅碳复合材料与石墨粉体混合构成负极材料；公开号为CN102651476A的专利公布了石墨为主体的石墨-硅碳负极复合材料，增加硅的分散以提高硅负极循环稳定；公开号为CN103311522A的专利公布了一种硅碳复合微球负极材料的制备方法，制备方法为将配方量的硅粉、软碳、炭黑、可溶性含碳有机粘结剂与溶剂混合均匀得到浆料；将浆料经喷雾干燥、炭化后得到硅/碳复合微球负极材料。现有专利不包括对氧化硅金属还原后，水热有机物进行预碳化，气氛保护进一步碳化，形成碳壳包覆的硅碳复合材料。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子动力电池用硅碳负极材料的制备方法，以期提供一种高容量，高稳定的硅碳负极材料。

本发明提供了一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

第一步的反应为氧化亚硅利用镁粉的球磨还原过程，形成SiO_x-Si-MgO(x1)的复合结构；第二步的反应为葡萄糖水溶液的水热反应，形成具有高碳含量的有机复合壳层；第三步的反应为气氛保护下碳化，形成具有碳复合、包覆的硅碳负极材料。具体步骤分为如下：

(1)将摩尔比1:1～1.2氧化亚硅粉末和镁粉均匀混合置于玛瑙球磨罐中，采用行星式球磨机球磨，转速500rpm，球料比20:1，球磨时间4h；得到的产物经过碳酸钠溶液处理，利用超纯水反复洗涤3～4次，烘干，得到SiO_x-Si-MgO复合物(x1)。

(2)将葡萄糖溶液和步骤(1)制备的SiO_x-Si-MgO复合物混合，超声分散后放入反应釜，设置180℃，保温10h；反应结束后采用过滤或者离心的方法得到固体产品，将固体产品烘干。

所述葡萄糖和SiO_x-Si-MgO复合物的质量比为4～6:1。

(3)将步骤(2)得到的产物转移至石英舟中，在氩气气氛保护下加热至700-900℃，恒温2h，降至室温，即得到硅碳负极材料。

进一步的，所述步骤(1)碳酸钠溶液的浓度为1M。一定浓度的碳酸钠溶液的处理可以在硅表面形成亲水基团，为后续的碳包覆提供条件。