[发明专利]一种硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：将二氧化硅分散于水中，得到二氧化硅溶液；将二氧化硅溶液滴入酯类物质中，边搅拌边滴入，形成油包水的酯‑二氧化硅微球；将酯‑二氧化硅微球进行喷雾干燥，得到微球颗粒；将微球颗粒置于高温加热炉中，进行碳化处理，得到硅碳基材料；将硅碳基材料、粘合剂、导电剂混合后，进行球磨，制得浆料，再将浆料涂覆在金属箔材上，干燥后，即得。本发明通过利用二氧化硅与酯类物质的特点，将它们形成油包水型结构，再通过喷雾干燥，以巩固酯‑二氧化硅微球，使其包覆效果更加稳固，以改善其充放电时硅的体积膨胀现象，使其电化学性能更好，有利于提高硅基材料的循环稳定性和充放电效率。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

在现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。随着电子科技的不断发展，对锂离子电池也提出了更高的要求，需要更高的能量密度、更好的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能等，这就要求锂离子电池用正极、负极材料需要得到进一步地发展与完善。

实际应用较多的锂离子电池负极材料是碳材料，如天然石墨、石墨化中间相碳微球等。在非碳负极材料中，硅具有极高的理论比容量，较低的储锂反应电压平台，并且硅在自然界中的分布很广，在地壳中的含量仅次于氧，因此硅基负极材料是一类极具发展前景的新型高能材料。然而，硅的电子电导率和离子电导率较低，导致其电化学反应的动力学性能较差；普通纯硅的循环稳定性较差。而且硅在锂化过程中的相变和体积膨胀会产生较大的应力，致使电极断裂粉化、电阻增大、循环性能骤降。

目前针对硅基负极材料的研究主要是将硅粉与碳源材料进行球磨混合后热解，以制备硅-碳复合材料，以缓解电池充放电过程中的体积膨胀现象，提高硅基材料的循环性能。在现有的硅碳负极材料制备过程中，有两种较为常用的方法：一是采用金属银作为催化剂诱导化学腐蚀的方法制得三维多孔硅材料，然后与碳源通过球磨的方法进行混合，烧结后得到碳包覆的硅碳材料；二是采用一氧化硅在氩气条件下进行烧结，利用自身的歧化反应生成硅和二氧化硅，然后通过刻蚀的方法制备出多孔硅，最后将得到的混合物与碳源按一定质量比混合均匀后焙烧。然而，现有的硅碳负极材料制备方法中，方法操作步骤繁杂，反应过程不易控制，稳定性较差，对于改善充放电时硅的体积膨胀现象并不明显。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种硅碳负极材料的制备方法，其能够明显改善其充放电时硅的体积膨胀现象，有利于提高硅基材料的循环稳定性和充放电效率。

本发明采用如下技术方案实现：

一种硅碳负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1：将亲水型纳米二氧化硅分散于水中，得到二氧化硅溶液；

S2：将二氧化硅溶液滴入具有亲水亲油基团的酯类物质中，边搅拌边滴入，形成油包水的酯-二氧化硅微球；

S3：将酯-二氧化硅微球进行喷雾干燥，得到微球颗粒；

S4：在惰性气体的保护下，将微球颗粒置于高温加热炉中，进行碳化处理，得到硅碳基材料；

S5：在惰性气体的保护下，将硅碳基材料、粘合剂、导电剂混合后，进行球磨，制得浆料，再将浆料涂覆在金属箔材上，干燥后，得到硅碳负极材料。

进一步地，在步骤S1中，所述亲水型纳米二氧化硅是由质量比为1:0.3-0.6：0.5-1的四氯化硅、氧气和氢气在220℃-260℃高温下反应而成。亲水型纳米二氧化硅的表面的氢氧基团使其具有亲水性，同时可通过氢键或者分子间的作用力与其它物质连接，以增强各物料在水中的分散性能，其基本颗粒的平均粒径大约为21nm，颗粒的大小和4g/cm³的密度使其具有50m²/g的特殊表面。优选地，亲水型纳米二氧化硅的粒径范围为15nm-22nm。