[发明专利]石墨/硅酸盐复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是石墨/硅酸盐复合材料，其复合材料呈现核壳结构，内核为石墨，外壳为硅酸盐复合体。其制备过程为：首先将二氧化硅、氧化镁、氧化锂、氧化钠及其添加剂添加到溶剂中，并通过水热法制备出硅镁锂钠盐复合溶液，之后在溶液中添加石墨进行搅拌、喷雾干燥制备出石墨/硅酸盐复合材料。其制备出的复合材料利用硅酸盐各个组分间的协同效应，提高其包覆液的分散性能、锂离子导电率，及其包覆层成膜质量，提高其石墨复合材料的克容量、首次效率及其大倍率循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种石墨/硅酸盐复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，商用锂离子电池负极材料以石墨类材料为主，石墨作为负极材料的理论比容量为372mAh/g，但是它存在充放电倍率性能差、与电解质相容性差、低温性能差等缺点，这些都直接影响到锂离子电池在动力及储能电池领域的发展进程。因此需要对石墨进行改性，提高其与电解液的相容性，而目前的石墨改性方法主要为通过表面包覆提高其负极材料与电解液的相容性，以提高其材料的循环、倍率等性能。同时由于石墨材料包覆的为无定型碳材料，电子导电性偏差，影响其大倍率下的锂离子的充放电性能，同时在充放电过程中形成SEI消耗锂离子，造成电池中的锂离子不足，从而影响到大倍率条件下锂离子的传输速率，降低其倍率性能。现有技术的改性方法包括表面氧化、碳包覆、掺杂其它非碳元素等，在众多的改性方法中，采取在石墨表面包覆能够抑制SEI膜形成的材料，如碳包覆，金属包覆，金属氧化物包覆和锂离子化合物包覆等是最有效的方法，且易于实现工业化。经过包覆处理后的石墨，其表面直接与电解液接触的部分减少，进而抑制SEI膜的形成，石墨的低温性能、倍率型能得到改善。中国专利(CN102832378)公开了一种锂离子电池碳负极材料。它以天然石墨为核心，热解碳为包覆原料，在包覆过程中掺杂碳纳米管。经该方法处理制备的天然石墨在-10℃容量保持率可达84.6％，-20℃容量保持率可达75.2％，大倍率充放电性能良好，但是其存在大倍率条件下，锂离子电池形成SEI膜消耗锂离子造成充放电过程中锂离子的不足，对提高倍率性能提高幅度有限。因此可以通过负极材料掺杂无机锂化合物材料，为大倍率条件下提供充足的锂离子传输介质，并大幅度提高其材料的大倍率充放电能力。

发明内容

为改善石墨类材料的比容量、首次效率，进而提高材料倍率性能和循环性能。本发明通过在石墨材料包覆硅酸盐复合材料，以提高材料的比容量、首次效率及其倍率性能。

一种石墨/硅酸盐复合材料，其特征在于，所述的复合材料呈现核壳结构，内核为石墨，外壳为硅酸盐复合材料，其外壳包覆厚度为(50～500)nm。

一种石墨/硅酸盐复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)首先配置浓度为(0.01～0.1)mol/L的含钠的碱化合物溶液，之后添加二氧化硅、氧化镁、氢氧化锂分散均匀后，转移到高压反应釜中，并通入二氧化碳或二氧化硫中的一种气体，并在温度为(100～150)℃反应(2～24)h，之后过滤、干燥得到凝胶状材料A；

2)将上述制备出的凝胶状材料A、分散剂添加到二次蒸馏水中，之后通过超声分散得混合液，之后添加石墨材料，分散均匀后通过喷雾干燥得到球状石墨/硅酸盐复合材料。

所述的步骤(1)中的含钠的碱化合物为，碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中的一种。

所述的步骤(1)中钠的碱化合物、二氧化硅、氧化镁、氢氧化锂、添加剂的质量体积比，钠的碱化合物：二氧化硅：氧化镁：氢氧化锂：添加剂＝(2～5)g：(50～70)g：(20～30)g：(0.5～1.0)g：(0.1～0.5)ml；

所述的步骤(2)分散剂为聚乙烯吡咯烷酮。

所述的步骤(2)中、材料A、分散剂、二次蒸馏水、石墨的质量比为，材料A：分散剂：二次蒸馏水＝(10～30)：(0.1～1)：500：(50～150)。

有益效果：