【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于新能源锂电池，具体是涉及一种硅碳负极材料的制备方法。
技术介绍
0、
技术介绍
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1、随着新能源应用领域的不断扩大，锂电池需求突飞猛进。在当前大规模商业化锂电材料应用方面，负极材料仍以人造石墨为主。人造石墨的负极材料的容量可达360mah/g以上，接近其理论容量，但还不能满足应用需求。而硅材料的理论克容量为4200mah/g，是石墨的十多倍。随着电池能量密度的提升需求，尤其是电动汽车续航里程迫切的需要提高，所以克容量高的硅基负极材料一直受到产业界的青睐。
2、在实际应用中，硅材料在嵌锂过程中巨大的体积膨胀(膨胀系数300％左右)诱导极大的内应力产生，脱锂过程内应力释放，如此反复会导致硅颗粒破裂甚至粉化。同时硅负极表面的sei膜会随着硅体积的变化而发生破裂，致使后续充放电过程中sei膜循环破裂和生成，使活性锂损失大，进而降低使用寿命。还有首次库伦效率低，导电性能差等问题，都会影响硅负极材料的应用。
3、目前硅负极材料通过硅纳米化，对硅进行碳包覆或加入氧化亚硅等方式，减少体积变化带来的负面影响。硅基负极材料可以通过多种制备方法获得，主要包括化学气相沉积法，机械球磨法，溶胶一凝胶法等。目前硅基负极材料相对于石墨负极材料制备工艺复杂，大规模生产存在一定困难，成本居高不下，且每个企业生产工艺不尽相同，产品目前没有达到标准化。
4、综上所述，研发一种高容量首次库仑效率高和高循环性能的硅基负极材料十分必要。
技术实现思路
0、专利技术
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其在硅碳负极材料制备过程中通过实现其硅颗粒的纳米化(≤100nm)同时与石墨负极材料烧结为一体，再进行碳的包覆的工艺，实现硅碳负极材料的克容量、首效、循环次数、倍率等多个维度性能的提升，在性能、成本和产品规模生产的稳定性都具有一定的优势，可为现有产品实现更新换代。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种硅碳负极粉体，该粉体粒度d10(3-9μm)，d50(10-18μm)，d90(22-32μm)(激光衍射法)。
4、硅碳负极粉体的主要成分为：硅、碳；硅含量2％-55wt％，碳含量98％-45wt％。
5、碳其中有2-8wt％是氟聚合物与硅燃烧合成的产物存在，包覆在硅碳粉体的表面。
6、硅碳负极粉体的原料为：硅粉(d50≤2.0μm、纯度≥5n)、石墨负极粉体(粒度d50≤15±μm)、含氟聚合物(粒度d50≤3.5μm)；所述硅粉末和含氟聚合物的摩尔比例为：1:1.2-6。石墨负极粉体的用量为：(硅粉+含氟聚合物)和石墨负极粉体的重量比例为1:0.5-3。
7、上述原材料均可在市场直接采购。
8、所述的含氟聚合物粉末为聚四氟乙烯(ptfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ectfe)、聚氟乙烯(pvf)、过氟烷基化物(pfa)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)中的一种或任意几种组合(当为任意几种组合时，可为任意比例)。
9、上述硅碳负极粉体的制备方法，包括如下步骤：将硅粉与含氟聚合物和石墨负极粉体按上述比例经球磨混合均匀后，置于反应容器中，抽真空(≤1pa)排除空气后，通氩气(0.5-1.5mpa)，根据反应物料的体积来调整通气的压力，反应物料的体积与反应釜容积比为1:6-2，通气压力随着物料比例的变化，压力在最高1.5mpa最低0.5mpa之间任意调节，点燃局部混合粉末，引发燃烧合成反应。
10、如采用聚四氟乙烯(ptef)和硅粉反应：
11、
12、在反应过程中加入过量的硅粉和石墨负极粉体，即可得到硅碳复合粉体，同时反应生成的碳包覆在硅碳复合粉体表面；
13、
14、待反应完成后，将反应器内的气体通入naoh水溶液中，除去sif4气体。
15、sif4↑+6naoh＝nasio3+4naf+3h2o
16、测定反应物中的硅含量，并通过添加石墨负极粉体来调整粉体中含硅的比例，使硅的含量达到2％-55wt％，从而实现调整硅碳负极材料的克容量、首效、振实密度、比表面积等技术指标，达到商业应用的标准。
17、硅粉和含氟聚合物粉末与石墨负极粉体按前述比例范围置入行星混料机内进行混料，混料介质是直径为3～10mm氧化锆球，氧化锆球与物料的质量比为2：1(或1.5:1、2.5:1、3:1等)，控制混料机转速为800rpm，混料时间为2小时。
18、所述燃烧合成反应的气相条件可以是任意气氛以及任意气压；例如所述气氛可以采用氩气，气压为1mpa。
19、优选的，采用通电钨丝点燃混合原料局部以诱发燃烧反应，电流为10～50a。
20、本专利技术具有如下有益效果：
21、1.本专利技术以微米硅粉和含氟聚合物及石墨负极粉体，通过燃烧合成反应，可将反应剩余的硅粉实现纳米化。
22、2.反应过程产生的高温可将沉积在石墨粉体上的硅粉纳米化，并实现二者之间烧结成硅碳复合粉体。
23、3.由聚四氟乙烯中还原的碳包覆在硅碳复合粉体表面，增加其导电性。
24、4.本专利技术制备硅碳负极材料性能优异，且工艺流程简单，周期短，效率高，原料易得且易于大规模生产。
25、5.通过naoh水溶液对sif4气体的回收，可解决有害气体的排放，实现环保和资源再利用。
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1.一种应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：
2.按照权利要求1所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：硅碳负极粉体的主要成分为：硅、碳；硅含量2％-55wt％，碳含量98％-45wt％；碳其中有2-8wt％是氟聚合物与硅燃烧合成的产物存在，包覆在硅碳粉体的表面。
3.按照权利要求1所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：所述硅粉末和含氟聚合物的摩尔比例为：1:1.2-6；
4.按照权利要求1或3所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：所述的含氟聚合物粉末为聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯(PVF)、过氟烷基化物(PFA)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)中的一种或任意几种组合，当为任意几种组合时，可为任意比例。
5.按照权利要求1或3所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：所述燃烧合成反应的气相条件可以是任意气氛以及任意气压。
6.按照权利要求1或3所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：采用通电钨丝点燃混合原料局部以诱发燃烧反应，电流为10～50A。
7.按照权利要求1所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：反应物料的体积与反应釜容积比为1:6-2。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：
2.按照权利要求1所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：硅碳负极粉体的主要成分为：硅、碳；硅含量2％-55wt％，碳含量98％-45wt％；碳其中有2-8wt％是氟聚合物与硅燃烧合成的产物存在，包覆在硅碳粉体的表面。
3.按照权利要求1所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：所述硅粉末和含氟聚合物的摩尔比例为：1:1.2-6；
4.按照权利要求1或3所述的应用于锂电池的硅碳负极材料的高效制备方法，其特征是：所述的含氟聚合物粉末为聚四氟乙烯(ptfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)...
【专利技术属性】
技术研发人员：高殿斌，周卫民，杨海，高宏利，陈建华，
申请(专利权)人：辽阳津利光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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