[发明专利]一种石墨与聚磷酸铵共改性硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨与聚磷酸铵共改性硅负极材料及其制备方法。包括如下步骤：将硅粉、石墨及聚磷酸铵按一定质量比进行球磨，同时加入去离子水作为助磨剂；球磨产物经烘干、过筛制得石墨与聚磷酸铵共改性硅负极材料。本发明利用廉价原料通过简单球磨工艺即可制得改性硅负极材料，无需后续高温处理，制备工艺简单，制备成本低，克服了现有硅负极材料制备工艺复杂、成本高的缺点，而且较好地解决了硅基负极材料循环稳定性差、库伦效率低的问题。本发明制备的石墨与聚磷酸铵共改性硅负极材料具有高的振实密度、可逆比容量、首次库伦效率和良好的循环稳定性，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种石墨与聚磷酸铵共改性硅负极材料及其制备方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硅(Si)在自然界储量丰富，价格低廉，特别是其脱嵌锂电位较低，理论比容量高达4200mAh/g，是最具潜力的锂离子电池负极材料之一。然而，硅在嵌/脱锂过程中会产生巨大的体积变化(300％)，造成活性物质结构坍塌及粉化，与集流体之间电接触恶化，同时导致SEI膜持续破裂及再形成，消耗大量电解液，降低库伦效率，容量衰减迅速，循环性能差。此外，硅负极电子电导率较低，限制了其性能发挥。为了解决硅负极材料存在的上述问题，提高其循环稳定性，通常采用制备微纳米结构、表面碳包覆、掺杂等策略对硅材料进行改性优化，并取得了一定效果，但是在实际应用中还存在诸多问题，限制了其广泛应用。例如，制备纳米或多孔硅虽然可缩短锂离子/电子的传输距离并在一定程度上缓解体积膨胀产生的应力，改善硅负极循环性能，但硅纳米颗粒易发生团聚，且较大比表面积会增加与电解液之间的副反应，降低首次库伦效率。另外，纳米硅振实密度低、制备工艺复杂且成本较高，不适宜工业化生产。又例如，对硅进行表面碳包覆或掺杂改性通常需要高温煅烧处理，能耗高，且一般会使用特殊设备和高成本前驱体，增加硅负极制备成本。

发明内容

针对硅基负极材料循环稳定性差、库伦效率低的问题，以及现有硅负极制备工艺复杂、成本高的缺点，本发明提供一种低成本制备高性能锂电池硅负极材料的方法，通过简单球磨工艺直接对商业微米级硅粉进行改性，无需后续高温处理，制备复合硅负极材料，降低制备成本，而且很好地解决了硅基负极材料循环稳定性差、库伦效率低的问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

本发明第一方面，提供一种石墨与聚磷酸铵共改性的硅负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅粉、石墨粉及聚磷酸铵(APP)粉末按一定质量比进行球磨处理，同时加入溶剂作为助磨剂；

(2)将步骤(1)中球磨产物经干燥、过筛得到改性硅负极材料。

进一步的，所述步骤(1)中，所加硅粉、石墨与聚磷酸铵的质量比为1：(0.01～0.2)：(0.01～0.3)；优选的，所述质量比为1：(0.05～0.15)：(0.05～0.2)；具体的实例中，所述质量比为1：0.05：0.05、或1：0.05：0.1、或1：0.05：0.2、或1：0.1：0.1、或1：0.1：0.05、或1：0.15：0.1、或1：0.1：0.2。

优选的，所述硅粉为微米级硅粉，目数为200目，石墨粉为天然石墨，聚磷酸铵的聚合度n≥1000。

进一步的，所述溶剂为去离子水或乙醇中的一种或两种。

优选的，步骤(1)中球磨时加入的助磨剂为去离子水，具体的实例中去离子水添加量与球磨粉体质量比为1：1。

优选的，步骤(2)中还包括对球磨后产物进行烘干处理，可通过烘箱等干燥方式实现，烘干温度100-150℃，具体实例中为105℃。