[发明专利]一种可用于动力电池的硅碳负极材料及其制备方法

摘要

本发明属于电化学领域，涉及一种可用于动力电池的硅碳负极材料及其制备方法。所述方法包括以下步骤：（1）将微米级工业硅洗涤、纯化，经砂磨机粉碎，得到纳米硅；（2）将石墨砂磨粉碎得到纳米石墨粉；（3）将得到的纳米硅、纳米石墨粉，添加一定量的导电剂，并与乳化沥青充分混合后，进行喷雾干燥，得到类球状颗粒；（4）将喷雾干燥得到的颗粒与有机碳源混合均匀后，进行二次喷雾干燥，得到表面包覆碳层的硅碳前驱体；（5）在气体保护下，将硅碳前驱体进行碳化处理，得到硅碳负极材料。该负极材料具有很好的循环和倍率性能，首圈效率高，制备工艺简单，成本较低，适于工业化生产。 1

主权项

1.一种可用于动力电池的硅碳负极材料，其特征在于：负极材料为表面包覆无定形碳、内部由纳米硅粉、纳米石墨、软碳及碳纳米管组成的类球形纳微结构；各物质的重量百分比为：纳米硅粉5~20%，纳米石墨30~50%，碳纳米管5~20%，软碳10‑35%，其余为无定形碳。

2.一种如权利要求1所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）将微米工业硅粉分散在溶剂中配制成浆料，在砂磨机中粉碎，干燥后得到纳米硅粉；

（2）将石墨粉分散在溶剂中制成浆料，在砂磨机中粉碎，干燥得到纳米石墨；

（3）将纳米硅粉、纳米石墨、碳纳米管和乳化沥青混合，加入去离子水或乙醇，混合均匀后得到分散液A，对分散液A进行喷雾干燥，喷雾干燥的条件为进口温度为180~250℃，出口温度为80~120℃，得到类球形颗粒；

（4）将有机碳源加入到去离子水中，得到有机碳源溶液，将步骤（3）得到的类球形颗粒加入到有机碳源溶液中，混合均匀后得到分散液B，对分散液B进行喷雾干燥，喷雾干燥的条件为：进口温度为180‑250℃，出口温度为80‑120℃，得到硅碳前驱体；

（5）将步骤（4）得到的硅碳前驱体在气体保护下升温至800~1000℃，保温、冷却至室温，得到硅碳负极材料。

3.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）和步骤（2）中溶剂为去离子水、乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、氯仿、N‑N二甲基甲酰胺、N‑甲基吡咯烷酮或甲醇中的一种，所述步骤（1）和步骤（2）浆料中固含量为10~30%。

4.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中微米硅粉中硅含量大于85%，微米硅粉的粒径为5~50μm，砂磨机中砂磨时间为5~10h，粉碎干燥后得到的纳米硅粉，纳米硅粉的粒径为50~500nm。

5.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的石墨粉为人造石墨和球形天然石墨中的至少一种，石墨粉的粒径为5~20μm，砂磨机中砂磨时间为5~10h，粉碎干燥后得到的纳米石墨粉，纳米石墨粉的粒径为100~500nm。

6.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中的碳纳米管为单壁和多壁碳纳米管中的至少一种。

7.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）分散液A中固含量为10~50%，得到的类球形颗粒的粒径为10~50μm。

8.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）有机碳源为蔗糖、葡萄糖、壳聚糖、柠檬酸、聚乙烯醇、聚苯胺、纤维素、聚丙烯腈或聚丙烯酸中的一种或任意两种混合；分散液B中固含量为15‑50%，得到的硅碳前驱体的粒径为10~50μm。

9.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）在气体保护下以1~20 ℃ min^‑1的升温速率升至800~1000℃，保温2‑6h。

10.根据权利要求书2所述的可用于动力电池的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中气体为高纯氩气、高纯氮气或氢气含量为5%的氩氢混合气。