一种高致密结构的硅碳复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高致密结构的硅碳复合负极材料及其制备方法，硅碳复合负极材料包括硅/石墨复合内核，其包括多层片状石墨和纳米硅，片状石墨呈取向排列，纳米硅位于片状石墨之间，形成三明治结构，硅/石墨复合内核中各颗粒的间隙中填充有碳材料；硅/石墨复合内核外包覆碳层。制备方法包括以下步骤：纳米硅和片状石墨或片状石墨与其他碳材料的组合物分散于溶剂中，超声，加入粘结剂，混匀；所得硅/石墨浆液涂覆于高分子底材，干燥，得片层材料；堆叠后热压；焙烧；粉碎、整形；碳包覆处理；解聚、过筛；本发明专利技术材料致密度大、强度高，解决了硅碳负极应用于电池中循环不佳和体积能量密度提升受限的问题。受限的问题。受限的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高致密结构的硅碳复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料
，尤其涉及一种高致密结构的硅碳复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]为满足市场对于轻便化数码产品电池需求，以及工信部提出的纯电动汽车电池单体能量密度达到300Wh/kg的要求，开发新一代高容量的负极材料成为发展方向。作为传统负极材料，石墨容量难以满足要求，而硅基负极由于高容量成为未来量产趋势，但其导电性差且体积膨胀大，直接导致电池应用过程中存在首效低、循环性能差问题，难以大规模商用。当前产业化应用中，将硅掺入石墨中被视为更合理的策略，一方面提升负极容量，另一方面硅与碳材料的复合，可解决硅基负极材料应用的一系列问题。石墨优良的导电性弥补了硅的低导电性，同时也作为缓冲介质来缓解硅在充放电过程中的体积膨胀。
[0003]目前行业上硅碳负极材料形貌和结构各异，通常是将纳米硅、石墨与其它碳材料混合造粒成二次颗粒后再经包覆处理制得。该类产品虽然相较于纯石墨负极在电池能量密度上有所提高，但其循环性能和压实密度仍比不上石墨负极，关键在于硅与石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高致密结构的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述硅碳复合负极材料包括硅/石墨复合内核，所述硅/石墨复合内核包括多层片状石墨和纳米硅，所述片状石墨呈取向排列，所述纳米硅位于所述片状石墨之间，并形成三明治结构，所述硅/石墨复合内核中各颗粒的间隙中填充有碳材料，所述颗粒包括所述片状石墨和所述纳米硅；所述硅/石墨复合内核外包覆有碳层。2.根据权利要求1所述的高致密结构的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述硅碳复合负极材料的压实密度在1.7g/cm3以上，粒子强度在140MPa以上，比表面积在3m2/g以下。3.根据权利要求1或2所述的高致密结构的硅碳复合负极材料，其特征在于，所述片状石墨的中值粒径为1～15μm，所述纳米硅的中值粒径为10～150nm；所述硅/石墨复合内核的中值粒径为7～15μm。4.一种高致密结构的硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将纳米硅和片状石墨分散于溶剂中，或将纳米硅、片状石墨与其他碳材料的组合物分散于溶剂中，超声处理后，加入粘结剂，混合均匀，得到硅/石墨浆液；(2)将所述硅/石墨浆液通过流延法涂覆于高分子底材上，干燥处理后，得到带高分子底材和硅/石墨涂层的片层材料；(3)将多个片层材料堆叠，得到硅/石墨坯料；(4)将上述步骤得到所述硅/石墨坯料置于烧结炉中进行焙烧，得到硅/石墨烧坯；(5)将所述硅/石墨烧坯经粉碎、整形，得到硅/石墨复合颗粒；(6)将所述硅/石墨复合颗粒进行表面碳包覆处理；(7)将经步骤(6)所得材料进行解聚和过筛，得到硅碳复合负极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)之后、步骤(3)以前，将所述片层材料先进行辊压处理，得到辊压片层材料后再进行堆叠。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述辊压处理为采用对辊机进行辊压处理，所得辊压片层材料的厚度为0.5～1mm。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，取多层片层材料堆叠后进行热压处理，得到硅/石墨坯料。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，取50～100层合适大小的片层材料堆叠，于热压成型机进行热压处理，热压温度在150～200℃；所述片层材料堆叠时高分子底材一面均朝下或均朝上堆叠。9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗磊，汤刚，彭青姣，罗列科，杨乐之，涂飞跃，陈涛，何鲁华，杨彩，覃事彪，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：