[发明专利]一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法

说明书

一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：将还原剂和石墨粉体按比例进行混合，通入氩气置换空气，升温到400～1100℃，混好后，得到负极材料前驱体A；将前驱体A加入到高温旋转炉中，通入氩气排除空气，设置升温曲线，在炉中温度升温到900～1200℃，通入四氯化硅气体，反应完毕后的产物经过酸洗水洗后，得到负极材料前驱体B。将前驱体B与粘结剂混合，并加入导电剂，进行二次造粒，造粒完毕后得到前驱体C；将前驱体C与有机碳源按比例在混料机中混合，在氮气保护下进行碳化处理，最后经过除磁、分级、筛分工序，即可得到硅碳负极材料。本发明具有如下优点：原料简单，工艺稳定，硅源分布均匀，得到的电池容量高，循环长，容易实现商业应用。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用材料，具体涉及一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

在全球能源短缺和环境持续恶化的背景下，我们国家大力提倡采用储能电池作为新的能源，锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、无污染等优点已经成为市场上最主要的储能电池，广泛应用于3C产品、储能电站、电动汽车等领域。负极材料是锂离子电池的主要组成部分之一，而石墨类负极材料是这几年市场的主流负极材料，但是目前市场上的石墨类负极材料的容量已经接近理论容量的上限，已经不能满足锂离子电池高速发展的需要。

硅本身有极高的理论容量(理论值4200mAH/g)，是负极材料提高容量最有潜力的材料。但是由于硅作为锂电池负极材料在充放电过程中存在较大的体积膨胀，从而导致电池性能的下降。目前通过硅纳米化与石墨复合制备硅碳负极复合材料，是目前最易工业化的一个手段，借助纳米粒子特殊的尺寸效应，减轻硅的体积膨胀。但是纳米硅的分散是其中一个难点，纳米硅在石墨颗粒之间分散性差，纳米硅团聚会导致膨胀过大，SEI膜反复破裂，导致循环性能下降，所以寻找一种技术手段解决纳米硅分散性差的问题成了关键目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，利用气相反应使纳米硅颗粒均匀的分散在石墨颗粒之间，解决了纳米硅分散性差的缺陷。该制备方法制备的硅碳负极复合材料具有高容量、体积膨胀小、循环稳定性好的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将还原剂和石墨粉体按照(0.1～50)：100的比例进行混合，置于高温混料机中进行混合，通入氩气置换空气，升温到400℃～1100℃，混料时间2小时混合好后，得到负极材料前驱体A；

(2)将步骤(1)中得到的前驱体A加入到高温旋转炉中，通入氩气排除空气，设置升温曲线，在炉中温度升温到900℃～1200℃时，通入四氯化硅气体，与前驱体A进行反应，反应完毕后的产物经过酸洗水洗后，得到负极材料前驱体B；

(3)将步骤(2)中的前驱体B与有机粘结剂混合，并加入导电剂，加入到高温滚筒炉中进行二次造粒，造粒完毕后得到前驱体C；

(4)将步骤(3)中得到的前驱体C与有机碳源溶液按照100：(5-20)的比例在混料机中混合，然后送入推板窑中，在氮气保护下进行碳化处理，最后经过除磁、分级、筛分工序，即可得到硅碳负极材料。

优选的，所述步骤(1)中的还原剂为锌粉、氧化锌、氢氧化锌、碳酸锌、醋酸锌、草酸锌、硫酸锌粉体中的一种或者几种。

优选的，所述步骤(1)中的石墨粉体为天然球形石墨、天然鳞片状石墨、人造石墨、微晶石墨、中间相炭微球中的一种或者几种的混合物。

优选的，所述步骤(1)中的石墨粉体的粒径范围D50为3μm-10μm。

优选的，所述步骤(2)中的酸为盐酸、硫酸、硝酸的一种或者几种。

优选的，所述步骤(3)中的导电剂为导电炭黑、石墨烯的一种或者几种。