[发明专利]一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，通过采用简单的控制氮气气氛保护炉的炉压，使沥青挥发出的烟在硅碳负极表面形成一个气固两相的界面，最里层是沥青的固相包覆，外层则是沥青挥发出的烟气组分的气相包覆，采用气相包覆作为固相包覆的补充二次包覆的方法，得到的外层碳包覆层均匀且致密，降低了材料比表面积，隔绝了硅与电解液的直接接触，提高了电池循环性能。同时沥青的用量可以进一步降低，使用不到5%的沥青用量，残碳率进一步降低，所以，通过此方法制备出的硅碳负极材料具有高的压实密度、优良的循环性能。

技术领域

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着各种便携式电子设备及电动汽车的广泛应用和快速发展，人们对各类电产品电源的需求和性能要求也越来越高，锂离子二次电池以其高功率特性等优越的综合性能在近十年来成功并广泛应用于移动电子终端设备领域。

锂离子电池性能的改善主要取决于嵌脱锂电极材料的性能。目前，商用锂离子电池广泛采用中间相碳微球和改性石墨作为负极材料，但存在理论储锂容量较低 ( 石墨为372mAh/g)，易发生有机溶剂共嵌入等缺点，因此高容量锂离子电池负极材料的研究与应用已成为提高电池性能的关键。在已知的储锂材料中，硅具有最高的理论容量（不包括嵌入锂的质量时，约为 4200mAh/g）和较为适中的嵌脱锂电位（约 0.1-0.5V v s.Li/Li + ），非常适用于作锂离子电池的负极材料。但是硅基材料在高程度嵌脱锂条件下，存在严重的体积效应，容易导致材料的结构崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接触，从而造成电极循环性能急剧下降。

专利文献CN 107408681 A公开了一种硅负极活性物质及其制备方法，该发明将硅纳米化和预氧化，同时在硅外层进行碳包覆，抑制硅膨胀，增强硅粒子之间的导电性。但其用含有有机碳源的溶液进行液相二次包覆，使得外层碳包覆层不均匀，同时，有机碳源残碳量低，热分解后材料比表面积较大，纳米硅易于电解液接触，导致循环性能较差。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法，其通过控制炉压实现两相包覆制备高压实硅碳负极材料制备方法，克服了目前硅碳材料表面碳包覆不均且难以完整的缺陷，并提高了压实密度；本发明制备出的负极材料首次可逆容量大和循环性能优良，制备方法简单，可大规模制备，成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

（1）混料：

将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体；

（2）两相包覆碳化：

将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以 2～25℃/min 的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100-150Pa，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中石墨前驱体为人造石墨或者天然石墨的一种或几种混合，平均粒径D50为5～10μm。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中粘结剂为煤系或者油系沥青的一种或几种混合，软化点为200-300℃。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中纳米硅的平均粒径D50为10～100 nm。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中机械融合机处理时的转速为600～1000 rpm。

作为一种优选方案，所述步骤（1）中石墨前驱体、粘结剂、纳米硅的质量比为1:0.005-0.03:0.01-0.1。