[发明专利]一种锂离子电池用高压实密度负极材料的低成本制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用高压实密度负极材料的低成本制备方法，包括以下步骤：步骤1、分别称取以下原料：硅铁矿1份，磨球1.5‑2份，抗坏血酸0.1份，乙醇0.8‑1.2份；步骤2、将步骤1中称取的硅铁矿、磨球和乙醇、10wt％抗坏血酸混合均匀，加入球磨罐中，抽真空，球磨，得到球磨硅铁粉；步骤3、将步骤2中制得的球磨硅铁粉加入醋溶液中，搅拌，离心，清洗，干燥，得到醋酸腐蚀的多孔硅铁粉；步骤4、将步骤3中制得的多孔硅铁粉置于管式炉中烧结，并进行CVD碳沉积，即得到锂离子电池用硅铁负极材料。本发明制备的硅铁材料作为负极材料的锂电池，其电学性能上将表现出首次库伦效率高、容量高、循环稳定性好等优点。

技术领域

本发明涉及了一种锂离子电池用高压实密度负极材料的低成本制备方法。

背景技术

锂离子电池作为当前能量密度最高的电能储存技术手段，在移动电子设备、电动车、储能设备等多个领域都具有广泛的应用。随着应用市场的蓬勃发展和需求的日益增加，也对锂离子电池的能量密度、容量密度、功率密度等多项技术指标提出了更高的要求。锂离子电池的核心部分是正、负极电极材料，它直接决定着电池的使用性能，能量密度、循环寿命、循环效率和安全性能都是电极材料的关键指标。目前，最常见的商业锂电池负极材料主要是碳类和硅碳类材料，它们具有较稳定的循环性能、较高的循环效率和安全无污染等优点，纯硅具有高的理论比容量(4200mAh/g)，但硅材料在锂嵌入和脱嵌这一循环过程中伴随着巨大的体积变化(300％)，导致硅单质的粉化，从而造成电极的破裂和粉化，锂离子电池的安全性和循环寿命都造成了巨大的影响。

为了缓解硅电极在充放电循环过程中体积膨胀导致的容量衰减，现有的方式包括，(1)减小硅尺寸，制备纳米级的硅，如制备纳米颗粒和纳米线，从而缓解它们在电化学反应过程中膨胀和破碎；(2)包覆硅，在硅颗粒表面包覆其他材料，达到阻止硅颗粒团聚、改善活性颗粒之间的电连接和减小硅膨胀的目的；(3)制备硅/碳、硅/金属(例如硅化铁，硅化镍和碳化钛)复合材料，通过制备不参与电化学反应的惰性材料的复合物，也可以降低充电/放电循环期间的体积膨胀程度，并优化硅表面上不稳定SEI层的化学成分。

此外，还提出了各种将孔引入块体材料或团聚硅颗粒结构中以减小充电/放电循环期间由于反复膨胀和收缩而导致材料结构坍塌的方法，该方法以前用于制备具有特征孔结构的各种类型的硅基活性材料，其表现出优异的循环性能。但是上述的方法大多数都由于其制备方法复杂、成本高、且都停留在实验阶段。

目前现有技术中存在用硅作为负极材料使用时的主要问题：材料的压实密度低(小于1.5g/cm3),循环寿命短，首周效率低和充放电时间长。本发明公开了一种多孔状的锂离子电池用硅铁负极材料，合金成分设计与微观组织结构独特，合金粒度和孔结构分布合理，能满足锂离子电池涂布需求，不仅具有较高的比容量，同时具有高压实密度，循环寿命长和首周效率高的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池用硅铁负极材料以及制备方法，以解决上述背景技术中存在的硅基负极材料循环寿命短，首周效率低，压实密度低等问题；且制备方法操作简单，生产成本极低，易实现工业化。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池用高压实密度负极材料，采用硅铁矿作为原料，其中硅铁矿中元素质量百分比由以下组分组成：

硅元素80％，铁元素20％，以上组分质量百分比之和为100％；

所述锂离子电池用高压实密度负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、分别称取以下原料：

硅铁矿1份，磨球1.5-2份，抗坏血酸0.1份，乙醇0.8-1.2份；

步骤2、将步骤1中称取的硅铁矿、磨球和乙醇、10wt％抗坏血酸混合均匀，然后加入球磨罐中，抽真空，球磨，得到球磨硅铁粉；