一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，通过采用简单的控制氮气气氛保护炉的炉压，使沥青挥发出的烟在硅碳负极表面形成一个气固两相的界面，最里层是沥青的固相包覆，外层则是沥青挥发出的烟气组分的气相包覆，采用气相包覆作为固相包覆的补充二次包覆的方法，得到的外层碳包覆层均匀且致密，降低了材料比表面积，隔绝了硅与电解液的直接接触，提高了电池循环性能。同时沥青的用量可以进一步降低，使用不到5%的沥青用量，残碳率进一步降低，所以，通过此方法制备出的硅碳负极材料具有高的压实密度、优良的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法
本专利技术涉及负极材料领域技术，尤其是指一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着各种便携式电子设备及电动汽车的广泛应用和快速发展，人们对各类电产品电源的需求和性能要求也越来越高，锂离子二次电池以其高功率特性等优越的综合性能在近十年来成功并广泛应用于移动电子终端设备领域。锂离子电池性能的改善主要取决于嵌脱锂电极材料的性能。目前，商用锂离子电池广泛采用中间相碳微球和改性石墨作为负极材料，但存在理论储锂容量较低(石墨为372mAh/g)，易发生有机溶剂共嵌入等缺点，因此高容量锂离子电池负极材料的研究与应用已成为提高电池性能的关键。在已知的储锂材料中，硅具有最高的理论容量（不包括嵌入锂的质量时，约为4200mAh/g）和较为适中的嵌脱锂电位（约0.1-0.5Vvs.Li/Li+），非常适用于作锂离子电池的负极材料。但是硅基材料在高程度嵌脱锂条件下，存在严重的体积效应，容易导致材料的结构崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接触，从而造成电极循环性能急剧下降。专利文献CN107408681A公开了一种硅负极活性物质及其制备方法，该专利技术将硅纳米化和预氧化，同时在硅外层进行碳包覆，抑制硅膨胀，增强硅粒子之间的导电性。但其用含有有机碳源的溶液进行液相二次包覆，使得外层碳包覆层不均匀，同时，有机碳源残碳量低，热分解后材料比表面积较大，纳米硅易于电解液接触，导致循环性能较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料及其制备方法，其通过控制炉压实现两相包覆制备高压实硅碳负极材料制备方法，克服了目前硅碳材料表面碳包覆不均且难以完整的缺陷，并提高了压实密度；本专利技术制备出的负极材料首次可逆容量大和循环性能优良，制备方法简单，可大规模制备，成本低。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案：一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：（1）混料：将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体；（2）两相包覆碳化：将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以2～25℃/min的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100-150Pa，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。作为一种优选方案，所述步骤（1）中石墨前驱体为人造石墨或者天然石墨的一种或几种混合，平均粒径D50为5～10μm。作为一种优选方案，所述步骤（1）中粘结剂为煤系或者油系沥青的一种或几种混合，软化点为200-300℃。作为一种优选方案，所述步骤（1）中纳米硅的平均粒径D50为10～100nm。作为一种优选方案，所述步骤（1）中机械融合机处理时的转速为600～1000rpm。作为一种优选方案，所述步骤（1）中石墨前驱体、粘结剂、纳米硅的质量比为1:0.005-0.03:0.01-0.1。一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料，采用前述一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法制得。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：本专利技术采用简单的控制氮气气氛保护炉的炉压，使沥青挥发出的烟在硅碳负极表面形成一个气固两相的界面，最里层是沥青的固相包覆，外层则是沥青挥发出的烟气组分的气相包覆，采用气相包覆作为固相包覆的补充二次包覆的方法，得到的外层碳包覆层均匀且致密，降低了材料比表面积，隔绝了硅与电解液的直接接触，提高了电池循环性能。同时沥青的用量可以进一步降低，使用不到5%的沥青用量，残碳率进一步降低，所以，通过此方法制备出的硅碳负极材料具有高的压实密度、优良的循环性能。本制备方法工艺简单，操作方便，不改变设备的情况下通过控制工艺实现功能，从而进一步降低成本，便于推广应用，适于大规模生产。附图说明图1是本专利技术之制备的负极材料的SEM图。具体实施方式本专利技术揭示了一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：（1）混料：将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体。所述石墨前驱体为人造石墨或者天然石墨的一种或几种混合，平均粒径D50为5～10μm；所述粘结剂为煤系或者油系沥青的一种或几种混合，软化点为200-300℃；所述纳米硅的平均粒径D50为10～100nm；并且石墨前驱体、粘结剂、纳米硅的质量比为1:0.005-0.03:0.01-0.1；以及，机械融合机处理时的转速为600～1000rpm。（2）两相包覆碳化：将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以2～25℃/min的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100-150Pa，使沥青挥发出的烟在硅碳负极表面形成一个气固两相的界面，最里层是沥青的固相包覆，外层则是沥青挥发出的烟气组分的气相包覆，采用气相包覆作为固相包覆的补充二次包覆的方法，得到的外层碳包覆层均匀且致密，降低了材料比表面积，隔绝了硅与电解液的直接接触，提高了电池循环性能，同时沥青的用量可以进一步降低，使用不到5%的沥青用量，残碳率进一步降低，所以，通过此方法制备出的硅碳负极材料具有高的压实密度、优良的循环性能，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。本专利技术还公开了一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料，采用前述一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法制得。下面以多个实施例对本专利技术作进一步详细说明：实施例1：一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：（1）混料：将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体。所述石墨前驱体为人造石墨，平均粒径D50为10μm；所述粘结剂为煤系沥青，软化点为200℃；所述纳米硅的平均粒径D50为10nm；并且石墨前驱体、粘结剂、纳米硅的质量比为1:0.005:0.1；以及，机械融合机处理时的转速为1000rpm。（2）两相包覆碳化：将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以25℃/min的升温速率升至1000℃并保温4小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100Pa，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料，采用前述一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法制得。实施例2：一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：（1）混料：将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：/n（1）混料：/n将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体；/n（2）两相包覆碳化：/n将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以 2～25℃/min 的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100-150Pa，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）混料：
将石墨前驱体、粘结剂、纳米硅按照一定比例加入机械融合机中处理5-20min，得到硅碳负极材料前驱体；
（2）两相包覆碳化：
将步骤（1）得到的硅碳负极材料前驱体置于氮气气氛保护炉中进行碳化，以2～25℃/min的升温速率升至400～1000℃并保温4～18小时，过程中持续通入氮气，并且炉压控制在100-150Pa，碳化完成后，粉碎筛分得到锂离子电池用高压实硅碳负极材料。


2.根据权利要求1所述的，其特征在于一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的制备方法：所述步骤（1）中石墨前驱体为人造石墨或者天然石墨的一种或几种混合，平均粒径D50为5～10μm。


3.根据权利要求1所述的，其特征在于一种锂离子电池用高压实硅碳负极材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宏芳，赵东辉，周鹏伟，
申请(专利权)人：深圳市翔丰华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44