一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法。该负极材料包括如下质量份额的原料：1-30份硅粉，60-97份天然球形石墨，2-10份包覆剂。该方法首先在硅粉上吸附一层导电膜，然后将硅粉与石墨进行机械球磨混合和真空干燥，将混合物加入到制备好的包覆剂的溶液中进行包覆，最后除去溶剂进行真空干燥和高温热处理，必要时进行过筛处理，最终得到负极材料。本发明专利技术公开的制备方法操作简单、成本低，按照本方法得到的负极材料的首次可逆容量大于2663mAh/g，首次效率大于95%，循环600次仍可以保持90%容量，充放电性能优良。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池制造
，尤其涉及一种锂离子电池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O. 1-0. 5V v s. 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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有锂离子电池负极材料提出的上述不足，提供一种首次可逆容量大和循环性能优良的硅碳复合负极材料的制备方法。本专利技术的另一目的是提供采用上述方法制备得到的一种锂离子电池负极材料。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案具体地，本专利技术中硅粉所占质量份额为I 一 30份，粒度范围为50 - 500nm ;石墨为天然球形石墨，所占质量份额为60 - 97份，粒度范围为7 - 22um，石墨中固定碳含量在99. 95%以上；高分子聚合物是聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩中的一种或任几种的组合；包覆剂是浙青、酚醛树脂、糠醛树脂和环氧树脂中的一种或任几种的组合，所占质量份额为2 - 10份；溶剂是甲苯、喹啉、四氯化碳、石油醚、溶剂汽油、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种或任几种的组合；惰性气体是氮气、氩气、氦气、氖气和氙气中的一种或任几种的组口 ο具体的步骤是a)向硅粉中加入特定高分子聚合物的N-甲基吡咯烷酮(简称NMP)溶液，搅拌4小时后，在40 — 80°C下进行烘干；b)将硅粉、石墨进行机械球磨混合，机械球磨混合的转速为1000 - 4000rpm,球磨时间为1-10小时；然后在真空条件下进行干燥，烘干温度为40 - 200°C，真空干燥时间为4-16小时；c)将包覆剂溶解于溶剂中来制作包覆剂的溶液，溶解温度为25 - 200°C，搅拌频率为5 — 50赫兹，搅拌时间为O. 5 — 10小时；d)将步骤b制得的硅粉与石墨的混合物冷却后加入到步骤c的溶液中进行包覆，包覆时可以补充适量的溶剂，包覆温度为25 - 2000C，搅拌频率为5 - 50赫兹，搅拌时间为O. 5 - 10 小时；e)抽滤除去溶剂并进行真空干燥，真空干燥时间为4 一 15小时，然后在惰性气体的保护下进行高温热处理，具体过程是先以I 一 5°C /min的升温速度升温到400 — 600°C,恒温4 — 7小时，然后以2. 5 — 40C /min的升温速度升温到900 — 1200°C，恒温5 — 8小时，最后自然冷却至常温。在最后得到负极材料后，还可以进一步地进行过筛处理，过筛目数为200目，然后再次加入步骤c的溶液中，重复进行步骤d与步骤e。本专利技术公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，采用的纳米硅具有比表面积大、离子扩散路径短、蠕动性强以及塑性高等特点，能够一定程度上抑制合金类材料的体积 效应，并且提高其电化学性能；通过在硅材料表面形成一层具有导电性和电化学的高分子聚合物膜，大大降低了硅在充放电循环过程中发生体积效应进而团聚的可能性，改善了因硅微粉团聚而产生的导电性恶化的状况；同时采用对进行机械球磨混合这种对石墨表面的改进工艺，不仅可以大幅提高材料的首次库伦效率，延长电极的循环寿命，还能够缩短锂离子在石墨层中的扩散路径，改善电极材料的高倍率性能；同时，通过包覆剂的包覆使硅粉没有全部同时参与电化学反应，而是在后面的循环过程中逐步参与电化学反应。这样，通过多方面对硅碳材料的改进，可以大大提高硅碳材料的首次循环效率和循环性能。具体实施例方式下面将结合本专利技术的具体实施例对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例一按照表I中所列规格及质量份额准备好各原料表I实施例一各原料的质量份额与规格 原料质量份额M 硅粉15粒度范围50-500nm 天然球形石墨78粒度范围7-22mn，固定碳含量彡99. 95% 浙青7操作步骤a)向硅粉中加入特定高分子聚合物的NMP溶液，搅拌4小时后，在60 — 100°C下进行烘干；b)将硅粉、石墨进行机械球磨混合，机械球磨混合的转速为1000 - 4000rpm,球磨时间为1-10小时；然后在真空条件下进行干燥，真空干燥时间为4 一 16小时，烘干温度为40 - 200 0C ；c)将包覆剂溶解于溶剂中来制作包覆剂的溶液，溶解温度为25 - 200°C，搅拌频率为5 — 50赫兹，搅拌时间为O. 5 — 10小时；d)将步骤b制得的硅粉与石墨的混合物冷却后加入到步骤c的溶液中进行包覆，包覆时可以补充适量的溶剂，包覆温度为25 - 2000C，搅拌频率为5 - 50赫兹，搅拌时间为O. 5 - 10 小时；e)抽滤除去溶剂并进行真空干燥，真空干燥时间为4 一 15小时，然后在惰性气体的保护下进行高温热处理，具体过程是先以I 一 5°C /min的升温速度升温到400 — 600°C,恒温4 — 7小时，然后以2. 5 — 40C /min的升温速度升温到900 — 1200°C，恒温5 — 8小时,最后自然冷却至常温。表2所列是另七例实施例和两例对比例，它们的操作步骤及各原料的规格同实施例一，各原料的具体质量份额如下表所示，其中，两例对比例与实施例的差别在于对比例没有采用实施例一中的a、b步骤，而是将石墨与硅粉进行单纯地充分混合，即进行实施例一 的后续步骤C、d、e。表2其它实施例与对比例中各原料的质量份额本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料，其特征在于：各原料的质量份额如下：硅粉？？？？？？？？？？？？1？30天然球形石墨？？？？60？97包覆剂？？？？？？？？？？2？10。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于各原料的质量份额如下 娃粉1-30 天然球形石墨 60-97 包覆剂2-10。2.根据权利要求I所述的材料，其特征在于所述硅粉粒度范围为50— 500nm;所述石墨为天然球形石墨，粒度范围为7 - 22um，所述石墨中固定碳含量在99. 95%以上。3.—种权利要求I所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于所述制备方法包括如下步骤 a)向所述质量份额的硅粉中加入高分子聚合物的NMP溶液，搅拌后在40- 80°C下进行烘干； b)将所述质量份额的硅粉、石墨进行机械球磨混合，机械球磨混合的转速为1000-4000 rpm,并在真空条件下进行干燥，烘干温度为40 — 200°C ； c)将所述质量份额的包覆剂溶解于溶剂中，溶解温度为25- 200°C，搅拌频率为5 -50赫兹； d)将步骤b制得的硅粉与石墨的混合物冷却后加入到步骤c的溶液中进行包覆，包覆温度为25 - 200°C，搅拌频率为5 — 50赫兹； e)抽滤除去溶剂并真空干燥4一 15小时，然后在惰性气体的保护下，以I 一 5°C /min的升温速度升温到400 - 600°C，恒温4 - 7小时，然后以2. 5 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东辉，戴涛，周鹏伟，
申请(专利权)人：东莞市翔丰华电池材料有限公司，
类型：发明
国别省市：