一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料及其制备方法技术领域。将纳米硅、鳞片石墨、双重碳源和有机溶剂等混合，然后加入添加剂、分散剂进行机械活化后高温热解，随炉冷却即得目标产物。所使用的纳米硅的尺寸为30‑200nm，鳞片石墨的尺寸为0.5‑2μm，通过机械球磨之后，材料的尺寸进一步细化；同时，本发明专利技术使用双重碳源进行包覆，使得材料的结构更加的稳定。通过本发明专利技术制备的复合材料的首次放电比容量达到1200mAh/g以上，并且循环稳定，具有优异的电化学性能；同时此方法制备工艺简单，易于操作，适用于各类便携式器件，电动工具等使用的锂离子电池负极材料。

A composite anode material for lithium ion battery and its preparation method

The invention relates to a lithium ion battery composite negative electrode material and a preparation method, belonging to the lithium ion battery negative electrode material and the technical field of preparation method. Nanoscale silicon, flake graphite, double carbon sources and organic solvents were mixed. Then, additives and dispersants were applied for mechanical activation. After high temperature pyrolysis, the target product was obtained with the cooling of the furnace. The use of silicon nano size is 30 200nm, graphite size 0.5 2 m, followed by mechanical milling, to further refine the size of materials; at the same time, the invention uses double coated carbon source, so that the structure of the material is more stable. The invention of the composite prepared by the first discharge reaches more than 1200mAh/g capacity and cyclic stability, has excellent electrochemical performance; at the same time, this method has the advantages of simple preparation process, easy operation, suitable for all kinds of portable devices, lithium ion battery anode materials such as the use of electric tools.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料及其制备方法

技术介绍
能源危机与环境污染的问题日益突出，而锂离子电池作为新型清洁能源受到了广泛的关注。其中，负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，掣肘于商业化负极材料石墨较低的理论比容量(372mAhg-1)。而硅材料因理论比容量高(3579mAhg-1)、脱嵌锂电位低(0.02-0.6V)和环境友好等被认为是最有希望替代石墨的负极材料。但是，硅材料电子导电性差(6.7×10-4S·cm-1)，且在充放电过程中存在巨大的体积效应(300％)，限制了其进一步发展。为了克服上述问题，碳材料被用来改善硅材料的电化学性能，常用手段如包覆、复合等。碳材料具有较好的电子导电性，与硅基材料的嵌锂电位接近，可以为硅的体积效应提供良好的缓解载体。目前，对硅碳复合负极材料的研究较多，但是如何将二者更好地复合，构造更为稳定的循环网络，仍是研究的重点之一。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术目的是，克服现有技术的不足，提供一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法，构造稳定的多层次碳网结构，提高复合材料的导电性和结构稳定性，改善其电化学性能，具有工艺简单易行、电化学性能优异的特点。本专利技术提供的一种锂离子电池复合负极材料SiOx@Si/C的制备方法，包括如下步骤：将纳米硅、鳞片石墨、双重碳源和有机溶剂混合，然后加入添加剂、分散剂进行机械活化后高温热解，随炉冷却即得目标产物。所述的纳米硅的质量为5％-20％，所述的鳞片石墨的质量含量为10％-80％，所述的双重碳源中的每种碳源的质量含量各为5％-20％，所述的添加剂含量为纳米硅质量的0.2％-2％和分散剂的含量为纳米硅质量的1％-5％。所述纳米硅尺寸为30～200nm，使用前先进行超声分散，分散时间为0.5～3h，所述鳞片石墨尺寸为0.5～2μm。所述添加剂为纳米二氧化硅(30～100nm)，柠檬酸，草酸、酒石酸中的至少一种。所述分散剂为无水乙醇、三乙醇胺、聚乙二醇-200中的一种或两种。所述碳源为两种，分别为葡萄糖、柠檬酸、蔗糖、酚醛树脂、脲醛树脂、白树脂中的至少一种和煤焦沥青、天然沥青中的至少一种。所述溶剂为乙醇、四氢呋喃、丙酮、二硫化碳或者甲苯中的至少一种。所述机械活化转速为250-400rmin-1，活化时间为4-16h。所述热解制度包括中温和高温两段，分别为中温250-450℃热解1-4h，高温650-900℃热解2-8h，气氛为氩气。热解后，所述目标产物中硅含量为5～20％。本专利技术与现有技术相比，所使用的纳米硅的尺寸为30-200nm，鳞片石墨的尺寸为0.5-2μm，通过机械球磨之后，材料的尺寸进一步细化；同时，本专利技术使用双重碳源进行包覆，使得材料的结构更加的稳定。通过本专利技术制备的复合材料的首次放电比容量达到1200mAh/g以上，并且循环稳定，具有优异的电化学性能；同时此方法制备工艺简单，易于操作，适用于各类便携式器件，电动工具等使用的锂离子电池负极材料。附图说明图1(a)是实施例1中复合材料的首次充放电曲线，图1(b)是实施例1中复合材料的循环性能图；图2(a)是实施例2中复合材料的首次充放电曲线，图2(b)是实施例2中复合材料的循环性能图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步的阐述；实施例仅用于说明本专利技术，而不是以任何方式来限制本专利技术。实施例1：将1g纳米硅、6g鳞片石墨、1g脲醛树脂、1g煤焦沥青等混合物原料加入到200ml四氢呋喃中，超声1h；再将混合物移入球磨罐中，加入20ml无水乙醇作为分散剂，0.01g纳米二氧化硅作为添加剂。机械活化后得到复合材料前驱体，机械活化的转速为300r/min，活化时间为6h。再将复合材料前驱体置于管式炉氩气下250℃保温1h，然后在700℃保温4h，后随炉冷却得到复合负极材料。所得到的复合材料首次嵌锂比容量为743.7mAhg-1，且循环50次之后材料的嵌锂比容量仍然有569.2mAhg-1，容量保持率为76.5％，循环性能较好。实施例2：将1g纳米硅、7g鳞片石墨、1.5g白树脂、1.5g天然沥青等混合物原料加入到200ml二硫化碳中，超声1.5h；再将混合物移入球磨罐中，加入15ml三乙醇胺作为分散剂，0.01g柠檬酸作为添加剂。机械活化的转速为350r/min，活化时间为5h。机械活化后得到复合材料前驱体，再将复合材料前驱体置于管式炉氩气下300℃保温1.5h，然后在750℃保温5h，后随炉冷却得到复合负极材料。所得到的复合材料首次嵌锂比容量为750.6mAhg-1，且循环50次之后材料的嵌锂比容量仍然有595.9mAhg-1，容量保持率为79.4％，循环性能较好。实施例3：将1.5g纳米硅、6g鳞片石墨、0.5g脲醛树脂、1g煤焦沥青等混合物原料加入到200ml丙酮中，超声2h；再将混合物移入球磨罐中，加入20ml聚乙二醇-200作为分散剂，0.02g草酸作为添加剂。机械活化后得到复合材料前驱体，机械活化的转速为300r/min，活化时间为8h。再将复合材料前驱体置于管式炉氩气下250℃保温1h，然后在800℃保温4h，后随炉冷却得到复合负极材料。实施例4：将1g纳米硅、7g鳞片石墨、1.5g脲醛树脂、1.5g煤焦沥青等混合物原料加入到200ml甲苯中，超声3h；再将混合物移入球磨罐中，加入15ml聚乙二醇-200作为分散剂，0.01g草酸作为添加剂。机械活化后得到复合材料前驱体，机械活化的转速为400r/min，活化时间为6h。再将复合材料前驱体置于管式炉氩气下250℃保温1h，然后在850℃保温2h，后随炉冷却得到复合负极材料。对比例：与上述实施例不同的是，对比例以纯纳米硅为负极材料，其他测试条件均相同。纳米硅负极材料的首次可逆比容量高达1512.2mAh/g，但是其首次库伦效率只有42.8％，且循环20次之后，容量保持率仅为7.2％。通过对比发现，本专利技术所制备硅碳复合材料具有稳定的结构，在一定程度上缓解了硅材料的体积膨胀效应，同时通过石墨和双层碳包覆，提高了硅材料的电子电导率。这种硅碳复合材料不仅提高了硅材料的首次库伦效率，同时还大大改善了硅材料的循环性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，制备方法如下：将纳米硅、鳞片石墨、双重碳源和有机溶剂混合，然后加入添加剂、分散剂进行机械活化后高温热解，随炉冷却即得目标产物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，制备方法如下：将纳米硅、鳞片石墨、双重碳源和有机溶剂混合，然后加入添加剂、分散剂进行机械活化后高温热解，随炉冷却即得目标产物。2.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述纳米硅的质量为5％-20％，所述的鳞片石墨的质量含量为10％-80％，所述的双重碳源中的每种碳源的质量含量各为5％-20％，所述的添加剂含量为纳米硅质量的0.2％-2％，分散剂的含量为纳米硅质量的1％-5％。3.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述纳米硅尺寸为30～200nm，使用前先进行超声分散，分散时间为0.5～3h。4.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述鳞片石墨尺寸为0.5～2μm。5.如权利要求1所述的一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云建，万华丰，苏明如，窦爱春，刘帅，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32