本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。该制备方法为：1)将硅粉浆料和粘结剂混合均匀，喷雾干燥得一次颗粒A；2)在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A，得到含有硅粉的沥青树脂,再进行烧结、破碎得二次颗粒B；所述一次颗粒A的添加量为10-30％，所述百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比；3)将所述二次颗粒B与石墨混合均匀，再用沥青进行表面修饰，焙烧后得到三次成品颗粒C。本发明专利技术的制备方法工艺简单、成本较低，适用于工业化生产，提供的锂离子电池负极材料振实密度高，包覆效果好，硅和碳能分散均匀，其首次克容量和库伦效率以及循环后容量保持率也有大幅度提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池，特别涉 及一种硅碳复合负极材料。
技术介绍
为解决能源和环境污染问题，人们越来越迫切需求新型可再生绿色能源。锂离子 电池由于具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势，已广泛应用在手机、笔记本电 脑等便携式电子设备中，并在电动汽车、储能等领域有一些应用。商业化的锂离子电池负极 材料多为石墨类，然而石墨的理论容量仅为372mAh/g，难以满足市场对高能量密度负极材 料的需要。 硅由于具有最高的理论储锂容量（4200mAh/g)、嵌脱锂电位低、价格低廉等优点而 成为研究热点。但硅作为锂离子电池负极材料也有缺点。硅是半导体材料，自身的电导率 较低，在电化学充放电循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300 %以上的膨 胀和收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与 集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。此外，由于这种体积效应，硅在电解 液中难以形成稳定SEI膜（即固体电解质界面膜），伴随着电极结构的破坏，在暴露出的娃 表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀、容量衰减以及电解液的不断消耗。 为了克服或减小硅的上述缺陷，目前使用较多的方法是硅材料的纳米化和复合 化。娃材料纳米化主要包括：娃纳米颗粒、娃纳米线、娃薄膜和3D多孔等结构；娃材料复合 化主要包括：娃/金属复合、娃/碳复合、娃/无定形碳/石墨三元复合体系等。在娃/无 定形碳/石墨三元复合体系中，石墨一方面可以提高复合材料的导电性，另一方面可以缓 解硅颗粒体积膨胀提高循环性能。申请号为200610062255. 6的中国专利，以硅相粒子和碳 相粒子为基体外层包覆碳层，该材料可逆比容量大于450mAh/g，首次库伦效率大于85 %， 循环200次后容量保持率大于80%。但是利用此技术方案制备的Si/C复合材料中的硅与 碳结合力弱、硅分散不均匀，在循环过程中硅与石墨容易分离而发生团聚。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有的硅碳复合材料中硅分散不均匀、碳包 覆硅不牢固等问题，而提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池。 本专利技术的制备方法工艺简单、成本较低，适用于工业化生产，提供的锂离子电池负极材料振 实密度高，包覆效果好，硅和碳能分散均匀，其首次克容量和库伦效率以及循环后容量保持 率也有大幅度提尚。 本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步 骤： (1)将硅粉浆料和粘结剂混合均勾，喷雾干燥得一次颗粒A ; (2)在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A，得到含有硅粉的沥青树脂，再 进行烧结、破碎得二次颗粒B ;所述一次颗粒A的添加量为10% -30%，所述百分比为占所 述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比； (3)将所述二次颗粒B与石墨混合均匀，再用沥青进行表面修饰，焙烧后得到三次 成品颗粒C。 步骤（1)中，所述硅粉浆料为本领域常规的硅粉浆料，较佳地为由硅粉进行湿法 球磨制得。其中，所述的硅粉浆料中，硅粉的含量较佳地为5-15%，其余为水，所述百分比 为占所述硅粉浆料的质量百分比。所述的湿法球磨的方法和条件为本领域常规的方法和条 件，较佳地为将所述硅粉球磨至中位径（D50粒径）为150-350nm。 步骤（1)中，所述粘结剂为本领域常规的水溶性粘结剂，一般为高分子化合物，较 佳地为羧甲基纤维素（CMC)、羧甲基纤维素钠和聚乙烯醇（PVA)中的一种或多种。所述粘结 剂的用量较佳地为< 1. 〇%，但不为零，所述百分比为占所述硅粉浆料的质量百分比。 步骤（1)中，所述喷雾干燥所采用的设备较佳地为二流体喷嘴喷雾干燥机。所述 二流体喷嘴喷雾干燥机的进口温度较佳地为250°C，出口温度较佳地为110°C。所述喷雾干 燥所采用的供料栗的频率较佳地为15Hz。所述喷雾干燥所采用的离心式雾化盘的频率较佳 地为270Hz。 步骤（1)中，所述一次颗粒A的形状较佳地为类球状，所述一次颗粒A的粒径较佳 地为2-6 um。 步骤（2)中，所述的沥青树脂的合成过程是指以中温煤沥青或低温煤沥青为反应 单体，在交联剂和催化剂的作用下合成沥青树脂的过程。其中，所述中温煤沥青或所述低温 煤沥青的软化点较佳地为40-95°C。所述的交联剂较佳地为三聚甲醛、甲醛或苯甲醛，更佳 地为三聚甲醛。所述的催化剂较佳地为对甲苯磺酸或无机酸，更佳地为对甲苯磺酸。其中， 所述的无机酸较佳地为浓硫酸。 进一步地，在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A的过程较佳地为：称取 交联剂，加入到反应容器中，再加入催化剂，搅拌并加热升温至75°C时保温30min，之后加 入中温煤沥青或低温煤沥青与所述一次颗粒A的混合物，升温至150°C并恒温搅拌60min 停止加热，将合成产物取出后冷却至室温，得到含有所述一次颗粒A的沥青树脂。其中，所 述中温煤沥青或低温煤沥青与所述催化剂的质量比较佳地为5:1。所述催化剂的用量为 10%，所述百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比。 步骤⑵中，所述一次颗粒A的添加量较佳地为20% -25%，所述百分比为占所述 百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比。 步骤（2)中，所述烧结的温度较佳地为400-600 °C，更佳地为600 °C。所述烧结的 时间较佳地为4-6小时，更佳地为6小时。按本领域常识，所述烧结的气氛为惰性气氛。所 述的惰性气氛的惰性气体为本领域常规的不与物料发生反应的气体，较佳地为氮气和/或 氩气。 步骤（2)中，所述的二次颗粒B的粒径较佳地为5-10 y m。 步骤（3)中，所述的石墨为本领域常规所述的天然石墨或人造石墨。所述石墨的 粒径较佳地为5-15 ym。 步骤（3)中，所述沥青较佳地为本领域常规所述的高温煤沥青或高温石油沥青。 所述沥青的软化点较佳地为100°c -250°c。 步骤（3)中，所述的表面修饰的设备较佳地为包覆釜或滚筒炉。所述表面修饰所 采用的温度较佳地为400-600°C，所述表面修饰的时间较佳地为4-6小时。 步骤（3)中，所述的表面修饰时，所述二次颗粒B的用量较佳地为20-40%，所述石 墨的用量较佳地为50-70 %，所述沥青的用量较佳地为5-10 %，所述百分比为占所述二次 颗粒B、所述石墨和所述沥青的质量之和的百分比。 步骤（3)中，所述的焙烧的温度较佳地为800°C -1000°C。所述的焙烧的时间较佳 地为5-8小时。 步骤（3)中，所述三次成品颗粒C的粒径较佳地为8-20 y m。 本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得的锂离子电池负极材料，具体来说，可 以称作一种娃碳复合负极材料。 本专利技术还提供了上述锂离子电池负极材料在制备锂离子电池中的应用。 本专利技术还提供了一种包含上述锂离子电池负极材料的锂离子电池。 在本专利技术的一较佳实施方式中，锂离子电池按照如下制备方法制得： (1)将91份所述的硅碳复合负极材料与2当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将硅粉浆料和粘结剂混合均匀，喷雾干燥得一次颗粒A；(2)在沥青树脂的合成过程中加入所述一次颗粒A，得到含有硅粉的沥青树脂,再进行烧结、破碎得二次颗粒B；所述一次颗粒A的添加量为10％‑30％，所述百分比为占所述沥青树脂和所述一次颗粒A的质量百分比；(3)将所述二次颗粒B与石墨混合均匀，再用沥青进行表面修饰，焙烧后得到三次成品颗粒C。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董爱想，沈龙，乔永民，李虹，娄文君，闫博，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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