一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法技术

本发明专利技术属于锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法。所述方法包括：将铝粉、锡粉、碳粉、纳米硅粉在气流微细冲击机中细化研磨处理，通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散，同时由于气流的冲击，将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面；240～250℃的粉末喷雾处理；然后与分散剂、粘接剂、氧化石墨、去离子水配制为浆料，送入离心砂磨机研磨；离心除水后加入水合肼，进行喷雾干燥热还原处理；150～200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5～15min，得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。本发明专利技术的硅碳负极材料具有良好的循环稳定性，工艺简单易控，能耗低。

【技术实现步骤摘要】
一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法
本专利技术属于锂电池负极材料
，具体涉及一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池相比较于传统的铅酸电池，重量更轻，能量密度更大，更环保和更长的寿命。目前锂离子电池在汽车、电子等领域得到了广泛的应用。但随着锂电池技术的发展，正极材料取得了较好的发展，在能量密度、稳定性、快充方面由较大的提升。而普通的碳负极越来越难以适应锂电池的发展。石墨类负极存在比容量低的问题，所以开发高比容量的锂离子电池是改善电池存储性能的关键所在。技术人员不断尝试新型碳材料作为负极材料。如利用碳纳米管和石墨烯等。碳纳米管一维的管状结构能为锂离子提供快速传导通道，其表面的缺陷也可为锂离子提供嵌入位点，因此具有良好的嵌锂性能，同时还能很好的应用于柔性电池。石墨烯为二维平面结构，具有优异的导电性和离子传输能力，具有比碳纳米管更多的电化学反应位点。尽管碳纳米管和石墨烯拥有良好的电子和离子传输能力，但其不可逆容量高，而且成本高，难以批量推广使用。硅是目前已知的材料中具有较高比容量的材料（4200mAh/g），被普遍认为是下一代的锂离子电池负极材料。然而在用于锂电池负极时，硅材料却存在着严重的体积膨胀（300％），使得颗粒易粉化，衰减严重，同时导电性差，SEI膜不稳定，影响首次库伦效率。针对上述问题，目前处理硅稳定性的处理技术主要有：（１）将硅材料尺寸纳米化、线性化、微孔化等结构的变化来克服颗粒粉化；（２）通过碳包覆、碳负载的方式来防止硅体积变化导致的粉化，同时提高导电性能；（３）通过掺杂等形成多元复合来提升硅的性能；（4）通过在制备硅碳浆料时加入合适的粘接剂，采用粘结剂提高电极在循环过程的稳定性。通过包覆、负载的硅/碳二元复合材料目前主要采用碳硅直接球磨复合包覆、碳源-硅高温固相烧结、热解碳包覆是目前最容易实现产业化的技术手段。高温固相合成是一种在高温(1000-1500℃)下，通过固体界面之间的接触、反应、成核和晶体生长反应生成大量的复合氧化物的方法。高温固相合成是制备硅/碳负极材料的一种常用方法，高温固相合成技术因工艺简单而被广泛应用。然而该技术能耗高，质量损失大，工艺控制不稳定。热解碳包覆一般需要较高的温度进行后期碳化处理，如公开号为CN103367727的中国专利技术专利，公开了一种离子电池硅碳负极材料及其制备方法，将纳米硅、石墨、分散剂、粘结剂通过超声搅拌分散在有机溶剂中干燥后通过液相包覆、碳化工艺得到产物。该方法只在硅纳米颗粒表面包覆一层热解碳，能耗较高。技术人员致力于采用主要碳硅直接球磨复合包覆来替代高温烧结。然而直接研磨虽然能耗低，无污染，但硅碳结合紧密度较差，碳包覆层容易脱落。但鉴于机械复合不需要高温碳化煅烧的优势，其极易规模化生产，因此，存在较大的发展空间。申请号为：CN2019110199781的专利申请公开了一种高安全性生物质硅合成SiOx@C材料的制备方法，该方法包括以下几个步骤：将稻壳灰酸洗，取适量在惰性气氛中碳化，将碳化后产物与金属粉，熔融盐混合球磨均匀，置于炉中，通入惰性气体，高温反应，酸洗洗净副产物，得到产物为SiOx@C材料。该专利技术工艺简单易行，原料丰富廉价，较镁热还原安全性更高，得到SiOx@C颗粒具有多孔结构，碳包覆均匀，倍率性能良好，可以应用到锂电池负极材料领域。申请号为：CN201410182508.8的专利申请公开了一种锂离子电池负极材料，其包括碳核心层和硅包覆层，所述硅包覆层包覆所述碳核心层，形成硅/碳复合材料，所述负极材料还包括金属氧化物包覆层，所述金属氧化物包覆层为所述硅/碳复合材料的外包覆层。该负极材料解决了含硅负极材料易膨胀导致的电池容量快速衰减的问题。本专利技术还公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法及其应用，制备方法为将硅/碳复合材料通过金属盐溶液流化包覆后高温退火形成负极材料。其应用于锂电池负极材料上可以得到性能更加优异的锂离子电池。申请号为：CN201810237059.0的专利申请公开了一种碳硅负极材料。以C包覆Si球套球碳硅负极材料以多孔硅空心球为核，基于其多孔通道、空心结构结合碳壳层与核之间的间隙能够充分地缓解充放电过程中的体积变化，保持结构的稳固，确保循环的稳定性；硅核的空心和多孔结构使得锂离子能够同时进行从空心球外部至内部的嵌入和从空心球内部至外部的脱出，增强锂离子的扩散，同时该材料制备过程中避免生成SiC，保证材料的电子和离子导电性，有效提升倍率性能。采用本专利技术的碳硅负极材料作为电池的负极具有较高的电池容量，较长的循环寿命和较好的倍率性能。申请号为：CN201610456010.5的专利申请公开了一种锂离子电池复合负极及生产方法，锂离子电池负极采用碳膜作为集流体，高比容量的硅、锡、铝等材料作为负极活性物质。将硅、锡等高比容量负极粉体活性物质加入到液体碳源原料混合，制备负极原料；将负极原料加到装有高温高密度融液的融液槽，在融液表面形成液体原料薄层；液体原料薄层加热碳源原料高温碳化，形成固体负极薄膜；负极薄膜取出加工成锂离子电池负极。申请号为：CN201410315300.9的专利申请公开了一种硅基负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料领域。所述硅基负极材料包括：碳管和位于所述碳管内部的纳米硅颗粒。由于所述碳管内部具有空隙，能够使硅颗粒固定在碳管内有限的空间中，使得硅颗粒的体积膨胀或收缩均在该有限的空间内，不仅避免了影响活性材料和集流体之间的电子传输性能，且避免了SEI膜的增厚现象，利于提高锂电池容量及循环性能。
技术实现思路
针对现有技术中硅碳负极材料机械研磨包覆存在包覆均匀度差、包覆牢固度较差的问题，本专利技术的目的是公开一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材的方法。为达到上述目的，本专利技术的所述一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法包括如下步骤：（1）将3～5重量份铝粉、1～3重量份锡粉、10～15重量份碳粉、15～25重量份纳米硅粉混合均匀，然后加入气流微细冲击机，通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散，同时由于气流的冲击，将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面；再将包覆了铝粉、锡粉、碳粉的纳米硅粉经过240～250℃的粉末喷雾处理，使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉，从而在纳米硅粉的表面形成一级锚固层，得到改性纳米硅粉；（2）将15～30重量份步骤（1）所述的改性纳米硅粉物料、0.3～0.5重量份分散剂、1～3重量份粘接剂、50～60重量份氧化石墨、100～150重量份去离子水混合，配制为浆料，送入离心砂磨机研磨1～2h，得到混合浆料；（3）将步骤（2）所述混合浆料离心处理，得到含水5～10%的沙状物料，然后在所述沙状物料中加入水合肼混合均匀，得到水合肼沙状物料，将所述水合肼沙状物料进行喷雾干燥后，再在150～200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5～15min，氧化石墨被还原成石墨牢固包覆在一级锚固层外，形成二级锚固层，得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。步骤（3）通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n（1）将3～5重量份铝粉、1～3重量份锡粉、10～15重量份碳粉、15～25重量份纳米硅粉混合均匀，然后加入气流微细冲击机，通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散，同时由于气流的冲击，将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面；再将包覆了铝粉、锡粉、碳粉的纳米硅粉经过240～250℃的粉末喷雾处理，使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉，从而在纳米硅粉的表面形成一级锚固层，得到改性纳米硅粉；/n（2）将15～30重量份步骤（1）所述的改性纳米硅粉物料、0.3～0.5重量份分散剂、1～3重量份粘接剂、50～60重量份氧化石墨、100～150重量份去离子水混合，配制为浆料，送入离心砂磨机研磨1～2h，得到混合浆料；/n（3）将步骤（2）所述混合浆料离心处理，得到含水5～10%的沙状物料，然后在所述沙状物料中加入水合肼混合均匀，得到水合肼沙状物料，将所述水合肼沙状物料进行喷雾干燥后，再在150～200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5～15min，氧化石墨被还原成石墨牢固包覆在一级锚固层外，形成二级锚固层，得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）将3～5重量份铝粉、1～3重量份锡粉、10～15重量份碳粉、15～25重量份纳米硅粉混合均匀，然后加入气流微细冲击机，通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散，同时由于气流的冲击，将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面；再将包覆了铝粉、锡粉、碳粉的纳米硅粉经过240～250℃的粉末喷雾处理，使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉，从而在纳米硅粉的表面形成一级锚固层，得到改性纳米硅粉；
（2）将15～30重量份步骤（1）所述的改性纳米硅粉物料、0.3～0.5重量份分散剂、1～3重量份粘接剂、50～60重量份氧化石墨、100～150重量份去离子水混合，配制为浆料，送入离心砂磨机研磨1～2h，得到混合浆料；
（3）将步骤（2）所述混合浆料离心处理，得到含水5～10%的沙状物料，然后在所述沙状物料中加入水合肼混合均匀，得到水合肼沙状物料，将所述水合肼沙状物料进行喷雾干燥后，再在150～200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5～15min，氧化石墨被还原成石墨牢固包覆在一级锚固层外，形成二级锚固层，得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。


2.根据权利要求1所述一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法，其特征在于，步骤（1）中将3～4重量份铝粉、2～3重量份锡粉、10～12重量份碳粉、15～20重量份纳米硅粉混合均匀。


3.根据权利要求1所述一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法，其特征在于，步骤（1）中所述碳粉为石墨烯、碳纳米管、乙炔黑的一种或两种混...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾军堂，陈庆，张俊，陈涛，刘超，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51