[发明专利]一种锂离子电池用高性能硅碳-石墨复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用高性能硅碳‑石墨复合负极材料的制备方法，将有机碳源溶解于溶剂中，再加入纳米硅颗粒混合均匀，在上述混合物中加入鳞片石墨进行连续真空‑高压浸渍反应、真空干燥后，得到硅碳复合材料前驱体；将硅碳复合材料前驱体进行球化，再经过表面固相包覆，最终经过烧结筛分制得目标产物。本发明同时大幅度降低纳米硅与电解液接触形成稳定的固体电解质膜，具有高首效和长循环等特点，应用前景良好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体是涉及一种高性能硅碳-石墨复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池以高容量、高电压、高循环稳定性、高能量密度以及对环境无污染等优异性能倍受青睐。硅作为负极材料，优势是比容量高（4200mAh/g），但其显著缺点为锂离子嵌入后体积膨胀大（高达300%），锂离子反复脱嵌会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电池循环性能大幅降低。

天然石墨具有高首效、电解液兼容性好、循环性能好等特点，通过天然石墨与改性后的纳米硅材料复合，纳米硅嵌入鳞片石墨边缘孔间隙能显著降低纳米硅与电解液的接触面积，同时嵌入型结构能为纳米硅的膨胀提供缓冲空间，有利于材料循环性能。

在现有公开技术中，专利《一种锂离子电池用球形硅碳负极材料的制备方法》（CN109524629A）中公开了一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法，该复合材料使用纳米硅和鳞片石墨表面羟基化后复合整形，最后经包覆烧结而制得。该方法中纳米硅仅依附在石墨颗粒表面、附着力弱，且球形化过程中纳米硅易脱落，以及缺乏为硅提供膨胀缓冲的空间，纳米硅容易粉化而导致硅碳负极循环性能失效。

现有的硅碳复合技术中主要是硅与有机碳源物理复合改性，或者纳米硅与石墨表面化学改性，所有的改性复合均集中在石墨层表面，此类方法复合改性在循环过程中纳米硅的膨胀较难解决，且纳米硅容易从石墨表面脱落导致材料容量衰减，本方法通过纳米硅嵌入石墨边缘孔间隙内部，实现了石墨内嵌纳米硅的结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提出的一种锂离子电池用高性能硅碳-石墨复合负极材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锂离子电池用高性能硅碳-石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

A1、将有机碳源溶解于溶剂中，然后加入纳米硅，混合均匀，得到分散液；

A2、将分散液转移到真空-高压浸渍设备中，再加入鳞片石墨，所加入的鳞片石墨与分散液的质量比为2：（1～3），然后连续真空高压浸渍，再真空干燥，得到硅碳复合材料前驱体；

A3、将硅碳复合材料前驱体置于球化设备中，制得球化复合材料前驱体；

A4、将球化复合材料前驱体与包覆剂通过固相混合包覆，制得包覆球化前驱体；

A5、将包覆球化前驱体置于保护气氛炉内碳化，碳化炉升温速度2-5℃/min升温至700-1100℃，恒温0.5-4h，自然冷却后出料；

A6、出料后过250目筛，得到硅碳-石墨复合负极材料。

进一步的，步骤A1中，所述有机碳源、溶剂、纳米硅的质量比为1：（10-20）：（0.5~2）。

进一步的，步骤A1中，所述有机碳源为沥青、PVDF、壳聚糖、酚醛树脂、柠檬酸及聚碳酸酯的一种或多种；所述溶剂为水、无水乙醇、丙三醇、柴油、N-甲基吡咯烷酮、丙酮的一种或多种。

进一步的，步骤A1中，所述纳米硅的粒径为D50=30-150nm。