[发明专利]一种电池负极用层状硅碳材料的制备方法

说明书

本发明适用于光电材料技术领域，提供了一种电池负极用层状硅碳材料的制备方法，包括如下步骤：按照硅粉：蒙脱土：分散剂为1.7~2.2:4.5~5.5:3~3.6的重量配比称取各项原料，分散剂为羟甲基纤维素；向去离子水中加入CMC，配制CMC分散液；向CMC分散液中分别加入硅粉和蒙脱土，搅拌均匀后得到均匀浆料；将浆料干燥，然后进行高温热解炭化，炭化后冷却至室温，高速研磨后得到层状硅碳材料。应用该方案，本发明的制备方法和原料成分都比较简单，成本低，制成的硅碳材料压实密度、克容量、首次库伦效率、倍率性都比较高，循环寿命长，制成电池后，电池的寿命长、电容量大、安全性高。

技术领域

本发明适用于光电材料领域，主要涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种电池负极用层状硅碳材料的制备方法。

背景技术

环境污染和能源危机是全球面临的两大危机，为缓解这些问题，开发新型绿色二次能源(太阳能、风能等)是解决能源危机的有效途径。然而，这些绿色能源固有的随机性和间断性等缺点，为他们的实际应用造成了极大的困难。因此，可作为能源存储和转移的电池技术成为新能源产业的关键核心技术。其中锂离子电池是应用最广泛的一种电池。目前锂离子电池已广泛应用于各种电子设备以及电动汽车和航空领域。然而，锂离子续航里程低的问题严重限制了其发展。而锂离子电池的能量密度主要取决于正、负极材料。当前可用的负极材料中，硅负极由于其最高的理论容量、丰富的储备以及比较低的脱嵌锂电位，成为锂离子电池设计中最有前景的负极材料，但是，硅碳材料为金刚石结构，锂化时由于体积膨胀容易破坏其原来的结构，造成材料粉化，同时硅碳材料的导电率低，严重影响了锂离子电池的寿命、容量和安全性。

公开号为CN109755546A的专利公开了一种锂离子动力电池用硅基硅碳材料的制备方法，包括以纳米硅、塑料和蒙脱土为原料，加入重金属盐作为催化剂，将原料混合后在熔融条件下进行挤压造粒，得到纳米硅/塑料/蒙脱土硅碳材料；将非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂加入到盐酸溶液中，得到混合溶液，将纳米硅/塑料/蒙脱土硅碳材料加入到混合溶液中，进行溶胶凝胶反应，得到纳米硅/塑料/二氧化硅硅碳材料；将纳米硅/塑料/二氧化硅硅碳材料进行碳热还原，即得。该发明以塑料作为碳源，通过加入重金属盐以催化诱导塑料生成线形纤维管状结构，实现低温石墨化以及石墨化碳均匀包覆纳米硅颗粒，在一定程度上提高硅的导电率，抑制硅负极在充放电过程的体积膨胀。

但是，该专利中由于加入重金属盐、非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、盐酸等物质，破坏了蒙脱土原有的层状结构，使制成的硅碳材料的压实密度相较于蒙脱土原有的层状结构的压实密度降低；同时，该专利中的纳米硅颗粒是嵌在塑料纤维管状结构中，该纤维管状结构自身的压实密度本来就很低或者难以进行压实；因此，该专利只是在一定程度上提高硅的导电率，并没有发挥硅负极最大的克容量，更因为压实密度低，不利于制备高比能电池。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种电池负极用层状硅碳材料的制备方法，其制备方法和原料成分都比较简单，成本低，不改变蒙脱土原有的层状结构，使制成的硅碳材料压实密度、克容量、首次库伦效率、倍率性都比较高，循环寿命长，能够有效解决硅碳负极极片制备过程中的掉粉、掉料问题，制成电池后，电池的寿命长、电容量大、安全性高，且适合在高比能锂离子电池中应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池负极用层状硅碳材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一称取原料

按照硅粉：蒙脱土：分散剂为1.7～2.2:4.5～5.5:3～3.6的重量配比称取各项原料；所述分散剂为羟甲基纤维素CMC。

步骤二配制分散液

向去离子水中加入所述CMC，配制CMC分散液，所述CMC分散液中CMC的质量比浓度为3.6％～4.3％。

步骤三配制浆料