【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料，具体为一种新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺。
技术介绍
1、锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由gilbert n. lewis提出并研究。20世纪70年代时，m. s.whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了主流。
2、锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。
3、锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、寿命长、应用温度区间宽、无记忆性等优异的性能，在如新能源汽车等领域得到了广泛的应用。
4、硅碳负极材料是一种具有巨大应用潜力的负极材料，由于其理论比高容量、高能量密度和高安全性性，已成为锂离子电池领域中的技术热点。然而，目前硅碳负极存在一些问题限制了实际应用，例如体积膨胀造成的电极破碎、活性物质从集流体表面剥离造成电极失去导电性、不断暴露新鲜表面和反复生长的sei膜造成的容量衰减和循环寿命降低等。
5、基于此，我们提出了一种新型碳包覆硅与天然石墨复合的负极材料及制备工艺，希冀解决现有技术中的不足之处。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺。
2、为实现上述的目的，本专利技术提供一种新型碳包覆硅与石
3、（1）石墨改性：将干燥后的质量份数40份石墨放入电磁微波或光波设备中，进行电磁微波或光波改性，过程中通入氮气保护得到改性石墨；
4、（2）制备硅悬浮液：将干燥后的质量份数4-6份硅纳米粉分散在其质量6-9倍的混合溶剂中，经磁力搅拌和超声分散得到硅悬浮液；
5、（3）制备包覆溶液：取质量份数3-30份包覆材料，采用其质量3-5倍的溶剂溶解，得到包覆溶液；
6、（4）包覆过程：将硅悬浮液与包覆溶液混合，搅拌均匀，然后通过微米喷雾，干燥，得到包覆材料包覆后的硅粉末；
7、（5）碳化处理：将包覆材料包覆后的硅粉末放置于管式炉中，同时通入惰性气氛保护，进行碳化，得到碳化后的硅粉末；
8、（6）混合过程：将负极材料中改性石墨放进球磨机中，球磨处理，然后和碳化后的硅粉末、碳化硅或硼化硅混合均匀，最终制得负极材料；
9、所述负极材料包括以下质量份数的物质组成：
10、改性石墨40份；
11、碳化后的硅粉末5-7份；
12、碳化硅1-2份或硼化硅1-2份。
13、上述负极材料包括1-2份按照质量份数的碳化硅或1-2份按照质量份数的硼化硅，由于碳化硅的耐高温、耐磨、良好的导热性，碳化硅的加入可以提高负极材料的寿命，而硼化硅的加入，由于硼原子及硅原子优良性能的结合，其加入可以提升电池的性能，增强电池的容量保持率。
14、进一步地，所述步骤（1）中，所述石墨为天然石墨或球形石墨中的一种，所述石墨干燥过程为，温度60-90℃之间，干燥3-4h，所述氮气流速为100ml/min-110ml/min，电磁微波或光波改性功率为800w-1000w，改性时间为40s-60s。
15、进一步地，所述步骤（2）中硅纳米粉末粒径为50-500nm，硅纳米粉中含有10wt%的气相二氧化硅，气相二氧化硅粒径在7-40 nm，所述混合溶剂为乙醇，异丙醇，丙酮，或乙醇、异丙醇、丙酮中的一种有机溶剂与水的混合溶液，有机溶剂和水的体积比为9:1，所用磁力搅拌器转速为400-2000r/min，搅拌时间为30-90min，所用超声频率为10-40khz，超声时间为30-90min。添加气相二氧化硅组分后，因为气相二氧化硅的粒径更小，分散性更好，在步骤（4）微米喷雾，干燥过程中，可以作为晶核，使得干燥过程中得到的包覆材料包覆后的硅粉末更佳均匀，颗粒更小，且本身气相二氧化硅可以抗结块，防止包覆材料包覆后的硅粉末结块。
16、进一步地，所述步骤（3）中包覆材料为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、壳聚糖中的至少一种，所述溶剂为丙酮、乙醇、二甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃、醋酸乙酯、甲基丁基甲酮、二甲苯中的一种。
17、进一步地，所述步骤（4）中，微米喷雾过程为将硅悬浮液与包覆溶液混合溶液经过1-10μm微孔喷出，温度为100-200℃之间热空气干燥，得到包覆材料包覆后的硅粉末。
18、进一步地，所述步骤（5）中，碳化处理过程中，碳化处理温度为600-1200℃，升温速率为1-5℃/min，碳化时间为3.5-5h，所用惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种，优选氦气。采用氦气时候，因为分了半径更小，可以进入材料内部保护，效果更好，氦气可以重复利用。
19、进一步地，所述步骤（6）中，球磨转速为500-2000r/min，时间0-2h。
20、进一步地，所述的负极材料中，硅含量为5%-15%，粒径为10-15μm，振实密度为0.9-1.2g/cm3，真密度为2.9-3.2g/cm3。
21、与现有技术相比，本专利技术提供了一种新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料及制备工艺，具备以下有益效果：
22、本专利技术对所述原料的来源与设备不作特殊限定，本专利技术的方法生产的硅碳复合负极材料，工艺简单，成本低，适合大规模生产而且产品性能优良稳定。
23、本专利技术提供了一种新的简单、高效的制备方法，提高了硅碳复合负极材料的性能。本专利技术的制备工艺与硅碳材料适用于锂离子电池的负极材料，能够有效地提高锂离子电池的循环性能和倍率性能，应用前景广阔。
24、本专利技术利用碳包覆技术在硅表面包覆碳材料，与石墨复合后提高了硅负极的循环稳定性，本专利技术的制备工艺可以实现低成本改性石墨负极并与碳包覆的硅材料复合，提供了一种硅碳负极材料的技术路径。
25、综上所述，本专利技术的硅碳复合负极材料的新型制备工艺具有简单、高效、低成本的优势，具有巨大的实际应用潜力和市场价值。
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1.一种新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，所述石墨为天然石墨或球形石墨中的一种，所述石墨干燥过程为，温度60-90℃之间，干燥3-4h，所述氮气流速为100mL/min-110mL/min，电磁微波或光波改性功率为800w-1000w，改性时间为40s-60s。
3. 根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中硅纳米粉末粒径为50-500nm，硅纳米粉中含有10wt%的气相二氧化硅，气相二氧化硅粒径在7-40 nm，所述混合溶剂为乙醇，异丙醇，丙酮，或乙醇、异丙醇、丙酮中的一种有机溶剂与水的混合溶液，有机溶剂和水的体积比为9:1，所用磁力搅拌器转速为400-2000r/min，搅拌时间为30-90min，所用超声频率为10-40kHz，超声时间为30-90min。
4.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（3）中包
5.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（4）中，微米喷雾过程为将硅悬浮液与包覆溶液混合溶液经过1-10μm微孔喷出，温度为100-200℃之间热空气干燥，得到包覆材料包覆后的硅粉末。
6.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（5）中，碳化处理过程中，碳化处理温度为600-1200℃，升温速率为1-5℃/min，碳化时间为3.5-5h，所用惰性气氛为氮气、氩气、氦气中的一种。
7.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（6）中，球磨转速为500-2000r/min，时间0-2h。
8.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，硅含量为5%-15%，粒径为10-15μm，振实密度为0.9-1.2g/cm3，真密度为2.9-3.2g/cm3。
...【技术特征摘要】
1.一种新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，所述石墨为天然石墨或球形石墨中的一种，所述石墨干燥过程为，温度60-90℃之间，干燥3-4h，所述氮气流速为100ml/min-110ml/min，电磁微波或光波改性功率为800w-1000w，改性时间为40s-60s。
3. 根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（2）中硅纳米粉末粒径为50-500nm，硅纳米粉中含有10wt%的气相二氧化硅，气相二氧化硅粒径在7-40 nm，所述混合溶剂为乙醇，异丙醇，丙酮，或乙醇、异丙醇、丙酮中的一种有机溶剂与水的混合溶液，有机溶剂和水的体积比为9:1，所用磁力搅拌器转速为400-2000r/min，搅拌时间为30-90min，所用超声频率为10-40khz，超声时间为30-90min。
4.根据权利要求1所述的新型碳包覆硅与石墨复合的负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤（3）中包覆材料为酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，叶伦康，俞梦孙，
申请(专利权)人：上海巴库斯超导新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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