一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，具体地说是一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：球磨；改性预处理；低温热处理；高温热处理，筛分得到样品。本发明专利技术同现有技术相比，制备出的材料，在保留嵌锂大比容量的同时，解决了硅在脱嵌锂的过程中存在的体积效应；另外，制备出的材料做电池负极，较之石墨负极材料具有电池能量密度高，安全可靠，价格低廉的优点；该材料的比容量大于500mAh/g，首次循环效率大于80％，充放电性能优良。

A preparation method of silicon negative electrode for lithium ion batteries

The invention relates to the field of lithium-ion battery material technology, in particular to a preparation method of silicon negative electrode material for lithium ion battery, which is characterized by adopting the following preparation steps: ball milling, modified pretreatment, low-temperature heat treatment, high-temperature heat treatment, screening and obtaining samples. Compared with the prior art, the prepared material retained in the lithium large capacity at the same time, to solve the volume effect in the process of lithium intercalation in silicon; in addition, the prepared material cell cathode, graphite anode materials are batteries with high energy density, reliability and safety advantages low price; the material capacity more than 500mAh/g for the first time, the cycle efficiency is greater than 80%, excellent charge discharge performance.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体地说是一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对化学电源(电池)的性能提出了更高的要求。如：集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点。空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高比能量和长储存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动汽车的发展日益关注，而这种电池则应具有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，铿电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点脱颖而出，受到世界各国的重视。对非碳负极活性材料的研究表明，有许多高储锂性能的金属或合金类材料可以作为负极活性材料使用，其中硅因为具有嵌锂比容量大，其理论比容量高达4200mAh/g而成为目前最具有吸引力的一种负极活性材料。然而，硅在脱嵌锂的过程中存在严重的体积效应，在电池的充放电过程中由于体积膨胀而产生较大的机械应力，导致使用硅做负极活性材料的电池循环稳定性变差，直接阻碍了它的工业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，在保留嵌锂大比容量的同时，解决了硅在脱嵌锂的过程中存在的体积效应，电池采用该材料后，其首次循环效率大大提高。为实现上述目的，设计一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：(1)球磨：把重量比为10～90∶1的人造石墨粉与硅粉在氩气气氛中球磨10～20h制得人造石墨/硅复合材料；(2)改性预处理：将100～1000g焦油溶解于2000～6000g无水乙醇中，得到焦油溶液，向焦油溶液中加入球磨后所得的人造石墨/硅复合材料，人造石墨/硅复合材料：焦油溶液的重量比＝1∶0.2～10，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌1～10h，制得混合溶液；(3)低温热处理：将所制得的混合溶液放入20～50℃的烘箱真空干燥1～8h，然后再升温至110～130℃真空干燥1～8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨15～60min，得到样品；(4)高温热处理：将样品放在保护气体氛围中按照10℃/min的升温速度升温至700℃并保温1～5h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30～60min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料成品。所述的硅粉的粒径在1nm～50μm。所述人造石墨粉采用石油系焦或煤系焦制备的人造石墨、中间相碳微球石墨中的一种或多种。所述的人造石墨粉的D50的粒径为1μm～50μm。所述的焦油采用石油系焦油或煤系焦油。本专利技术同现有技术相比，制备出的材料，在保留嵌锂大比容量的同时，解决了硅在脱嵌锂的过程中存在的体积效应；另外，制备出的材料做电池负极，较之石墨负极材料具有电池能量密度高，安全可靠，价格低廉的优点；该材料的比容量大于500mAh/g，首次循环效率大于80％，充放电性能优良。附图说明图1为本专利技术实施例3中软包电池循环测试曲线。图2为本专利技术实施例3的SEM扫描电镜照片。具体实施方式下面将结合实施例，对本专利技术的技术方案做进一步地描述。以下各例中所述的人造石墨粉为石油系焦或煤系焦制备的人造石墨、中间相碳微球石墨中的一种或多种。所述的焦油采用石油系焦油或煤系焦油。实施例1球磨：把重量比为800g、D50的粒径为16μm的人造石墨粉与10g、D50粒径为200nm的硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取200g焦油溶液中加入100g上述所得的人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；低温热处理：将所制得混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃的真空干燥8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨30min，得到样品。高温热处理：将制得的样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至700℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料。实施例2球磨：把重量比为800g、D50粒径为16μm的人造石墨粉与20g、D50粒径为200nm的硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取200g焦油溶液中加入100g所得的人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；低温热处理：将所制得混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃真空干燥8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨30min，得到样品；高温热处理：将制得的样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至800℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料。实施例3球磨：把重量比为800g、D50粒径为16μm的人造石墨粉与20g、D50粒径为200nm硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取300g焦油溶液中加入100g人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；低温热处理：将制得的混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃真空干燥8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨30min，得到样品。高温热处理：将制得的样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至900℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料。实施例4球磨：把重量比为800g、D50粒径为16μm的人造石墨粉与100g、D50粒径为200nm的硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取400g焦油溶液中加入100g人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；低温热处理：将所制得混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃的真空干燥8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨30min，得到样品。高温热处理：将制得的样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至1000℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料。实施例5球磨：把重量比为800g、D50粒径为16μm的人造石墨粉与50g、D50粒径为200nm硅粉在氩气气氛中球磨10h制得人造石墨/硅复合材料；改性预处理：将100g焦油溶解于1900g无水乙醇中，得到焦油溶液，取400g焦油溶液中加入100g人造石墨/硅复合材料，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌3h，制得混合溶液；低温热处理：将所制得混合溶液放入50℃的烘箱真空干燥8h，然后再升温至130℃真空干燥8小时，自然冷却至室温后用玛瑙研钵研磨30min，得到样品。高温热处理：将样品放在氮气氛围中按照10℃/min的升温速度升温至1100℃并保温3h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30min，然后过325目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：(1)球磨：把重量比为10～90∶1的人造石墨粉与硅粉在氩气气氛中球磨10～20h制得人造石墨/硅复合材料；(2)改性预处理：将100～1000g焦油溶解于2000～6000g无水乙醇中，得到焦油溶液，向焦油溶液中加入球磨后所得的人造石墨/硅复合材料，人造石墨/硅复合材料∶焦油溶液的重量比＝1∶0.2～10，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌1～10h，制得混合溶液；(3)低温热处理：将所制得的混合溶液放入20～50℃的烘箱真空干燥1～8h，然后再升温至110～130℃真空干燥1～8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨15～60min，得到样品；(4)高温热处理：将样品放在保护气体氛围中按照10℃/min的升温速度升温至700℃并保温1～5h，自然冷却至室温后，取出样品用玛瑙研钵研磨30～60min，然后过325目筛网筛分，取筛下物得到负极材料成品。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：(1)球磨：把重量比为10～90∶1的人造石墨粉与硅粉在氩气气氛中球磨10～20h制得人造石墨/硅复合材料；(2)改性预处理：将100～1000g焦油溶解于2000～6000g无水乙醇中，得到焦油溶液，向焦油溶液中加入球磨后所得的人造石墨/硅复合材料，人造石墨/硅复合材料∶焦油溶液的重量比＝1∶0.2～10，加入的同时搅拌，加入完成后继续搅拌1～10h，制得混合溶液；(3)低温热处理：将所制得的混合溶液放入20～50℃的烘箱真空干燥1～8h，然后再升温至110～130℃真空干燥1～8小时，自然冷却至室温后，用玛瑙研钵研磨15～60min，得到样品；(4)高温热处理：将样品放在保护气体氛...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲林，谢秋生，吴志红，陈然，张鹏昌，陈志明，薄维通，
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