[发明专利]一种锂离子电池硅碳材料的制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池硅碳材料的制备方法，其包括以下步骤：将至少包含硅基材料和碳材料的混合物，进行机械球磨，最后在惰性气氛中进行热处理，得到硅碳复合材料。本发明所提供的锂离子电池硅碳材料的制备方法，利用机械球磨将硅基材料破碎成纳米颗粒，将碳材料破碎成薄层纳米石墨片或石墨烯，并在球磨过程中实现薄层纳米石墨片或石墨烯对硅基材料的面包覆，最后通过热处理得到结构稳定、电化学性能提升的硅基复合材料，采用的原料品种少，工序简单，适合于工业化生产，另一方面，原料成本低，易于推广和实现。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池硅碳材料的制备方法。

背景技术

硅基材料因其高能量密度(常温下3580mAh/g)、低电位(0.5V vs.Li/Li⁺)、高安全性、储量丰富和无污染等引起了研究者们的广泛关注，被认为是最有前景的下一代商业化的锂离子电池负极材料之一。但是其较低的首圈库伦效率和在充放电时巨大的体积膨胀(约300％)引起的SEI膜破裂、有限锂源的持续消耗以及造成的循环性能差等问题依然亟待解决。目前，硅基材料的改性主要集中在纳米化、硅碳复合和预置膨胀空间上。但是纳米化后如何保证纳米颗粒的均匀分散，以及有效地在Si颗粒周围预置膨胀空间以对整个电极的体积变化进行控制，仍然是尚待解决和完善的科学问题。

中国发明专利CN108023072A、CN108400307A、CN110148718A等，均是通过将硅基材料和碳材料进行复合，提高硅基材料的导电性以及缓解其充放电时的体积膨胀来提高硅基材料的电化学性能，但是他们使用原材料繁多，工艺程序复杂，难以实现工业化生产。中国发明专利CN110021749A中，通过将纳米硅和石墨烯进行复合来解决硅基材料的膨胀问题，但此法成本过高，也不利于工业生产。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂离子电池硅碳材料的制备方法，可有效提高硅基材料的导电性和SEI膜的稳定性，同时为其体积膨胀提供缓冲空间，从而大幅度提高其首效和循环性能。

一种锂离子电池硅碳材料的制备方法，其包括以下步骤：

将至少包含硅基材料和碳材料的混合物，进行机械球磨，最后在惰性气氛中进行热处理，得到硅碳复合材料。

作为优选，所述混合物中还包括添加剂和/或分散液。

作为优选，其中所述硅基材料、碳材料、添加剂的质量比为1:1-20:0-5。

作为优选，其中所述硅基材料与分散液的质量比为1:0-10。

作为优选，所述硅基材料为SiOx材料,0≤x≤1。

作为优选，所述碳材料为天然石墨、膨胀石墨和可膨胀石墨的至少其中一种。

作为优选，所述添加剂为蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇和碳纳米管的至少其中一种。

作为优选，所述分散液为去离子水、乙醇、异丙醇的至少其中一种。

作为优选，所述机械球磨步骤为：先加入碳材料进行球磨，后加入硅基材料共同球磨；或者直接将硅基材料与碳材料混合进行球磨；或者先将硅基材料进行球磨，再加入碳材料共同球磨。

作为优选，所述球磨球料比为1-100:1，球磨时间为1-20h，球磨后硅基材料中值粒径为100nm-5μm。

作为优选，所述热处理温度为600-1100℃，保温2-6h，所述惰性气氛为氮气或氩气或氦气。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：