锂离子电池用硅碳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用硅碳负极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高比容量和循环性能。本发明专利技术的材料由含氧硅碳复合材料和石墨粉体构成，其中，含氧硅碳复合材料由含氧硅基材料分散于石墨粉体和有机物裂解碳中构成。本发明专利技术与现有技术相比，硅颗粒均匀分散在SiOX中构成含氧硅基材料，形成第一层缓冲层，含氧硅基材料均匀分散在有机物裂解碳和石墨粉体中，形成第二层膨胀缓冲层，能有效抑制硅在充放电过程中的体积膨胀效应，提高循环稳定性能。制备工艺简单，原料成本低，易于大批量生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂离子电池材料及其制备方法，特别是一种锂离子电池的负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度大、无记忆效应、使用寿命长、绿色无污染、自放电小的优点，已经成为各种便携式电子产品的首选供电设备，并逐渐延伸至便携式电动工具、电动汽车、储能电站等领域，随着锂离子电池的发展，其必将在人类生产生活中发挥更加重要的作用。目前商品化锂离子电池负极材料主要为石墨类材料，但因其理论比容量仅为372mAh/g，发展潜力有限，无法适应锂离子电池对高能量密度的需求，因此发展高比容量的负极材料成为锂离子电池行业的迫切需求。在诸多可替代石墨类材料的负极材料中，硅因具有极高的比容量(理论值4200mAh/g)而成为其中极具潜力的材料之一。而硅基负极材料在锂离子的嵌入与脱出过程中存在巨大的体积变化，导致电极活性物质与集流体相分离，严重影响电池的循环性能，含氧硅基材料尤其是氧化亚硅负极材料，因首次库伦效率较低而限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，要解决的技术问题是提高比容量和循环性能。本专利技术采用以下技术方案，一种锂离子电池用硅碳负极材料，按质量百分比，由10 90%的含氧硅碳复合材料和90 10%的石墨粉体混合构成；所述石墨粉体粒度为0.5 50 μ m,含碳量不低于95% ;所述含氧娃碳复合材料由10 85%含氧娃基材料、5 75%石墨粉体、10 35%有机 物裂解碳构成；含氧硅基材料为单颗粒Si均匀分散在SiOx中形成的混合物，其中，0.5<x ^ 2.0ο本专利技术的石墨粉体为天然石墨、人造石墨、微晶石墨、中间相碳微球和软碳中的一种以上；本专利技术的含氧硅碳复合材料，粒度为I 45 μ m ;所述含氧硅基材料，粒度为50 500nmo本专利技术的有机碳源为聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚氯乙烯、聚乙二醇、环氧树脂、浙青、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、聚吡咯和聚苯胺中的一种以上。本专利技术的Si为0.5 50nm的单晶硅和/或多晶硅；所述SiOx为晶体和/或非晶体。一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤:步骤一、热处理:将粒度为I IOOOym的SiOY，其中，0.5彡Y彡L 5，以I 2°C /min的速度升温至700 1300°C，保温I 12h，自然冷却至室温，使单颗粒Si分散在SiOx中，形成含氧硅基材料，SiOx为晶体和/或非晶体，0.5<x ( 2.0, Si为粒径为0.5 50nm的单晶硅和/或多晶硅；步骤二:球磨:按现有技术对混合物进行球磨，得到含氧硅基材料。步骤三、分散与碳包覆:第一步，按质量百分比，将10 85%的含氧硅基材料，5 75%石墨粉体混合并分散到溶剂中形成浆料，浆料的固含量为5 45%，干燥得到干燥物；第二步，将干燥物和有机碳源(残碳质量占生成复合材料质量的10 35%)混合并分散到溶剂中，控制固含量为5 45%，干燥得到含氧硅碳复合材料前驱体，然后以I 10°C /min升温速度至600 1150°C，保温I 10h，自然冷却至室温，粉碎，粒度为I 45 μ m，得到含氧硅碳复合材料；所述石墨粉体含碳量不低于95%，粒度为0.5 50 μ m ;步骤四、溶合:按质量比，将10 90%的含氧硅碳复合材料和90 10%的石墨粉体均匀混合，得到锂离子电池用硅碳负极材料。本专利技术的方法对步骤一得到的含氧硅基材料进行球磨，粒度为50 500nm。本专利技术的方法步骤一热处理中从开始升温至降温结束的过程中通入氮气、氩气或还原性气体的一种以上，流量为0.1 0.5m3/h ;所述步骤二中从开始升温至降温结束的过程中通入氮气、氩气或还原性气体的一种以上，流量为0.1 0.5m3/h。本专利技术的方法石墨粉体为天然石墨、人造石墨、微晶石墨、中间相碳微球和软碳中的一种以上；所述有机碳源为聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚氯乙烯、聚乙二醇、环氧树脂、浙青、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、聚吡咯和聚苯胺中的一种以上；所述溶剂为水、醇类、酮类、烷类、酯类、芳香类、N-甲基吡咯烷酮、二甲基酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃中的一种以上。本专利技术的方法步骤三中第二步包覆和烧结方式可选择一次包覆一次烧结或两次包覆两次烧结进行，所述两次碳包覆中第二次与第一次包覆碳的包覆比例在0.2 5之间。本专利技术与现有技术相比，单晶硅和/或多晶硅均匀分散在SiOx中构成含氧硅基材料，形成第一层缓冲层，含氧硅基材料以纳米级尺寸均匀分散在有机物裂解碳和石墨粉体中，形成第二层膨胀缓冲层，能有效抑制硅在充放电过程中的体积膨胀效应，具有较高的比容量和良好的循环稳定性能，比容量在380 700mAh/g，循环50次容量保持率在95%以上，制备工艺简单，原料成本低廉，适用于高容量型各类锂离子电池负极材料的大批量生产。附图说明图1为本专利技术实施例1的混合物的扫描电镜图片。图2为本专利技术实施例1的锂离子电池用硅碳负极材料的XRD图。图3为本专利技术实施例1的锂离子电池用硅碳负极材料的充放电曲线图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的锂离子电池用硅碳负极材料，按质量百分比，由10 90%的含氧硅碳复合材料和90 10%的石墨粉体均勻混合构成。石墨粉体为粒度0.5 50 μ m，含碳量不低于95%的天然石墨、人造石墨、微晶石墨、中间相碳微球和软碳中的一种以上。含氧硅碳复合材料，粒度为I 45 μ m，按质量百分比，由10 85%含氧硅基材料、5 75%石墨粉体、10 35%有机物裂解碳构成；石墨粉体为含碳量不低于95%，粒度为0.5 50 μ m的天然石墨、人造石墨、微晶石墨、中间相碳微球和软碳中的一种以上。有机碳源为聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚氯乙烯、聚乙二醇、环氧树脂、浙青、酚醛树脂、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、聚吡咯和聚苯胺中的一种以上。含氧硅基材料，粒度为50 500nm，单颗粒Si分散在SiOx中，形成混合物，SiOx为晶体和/或非晶体，0.5<x≤2.0，Si为0.5 50nm的单晶硅和/或多晶硅。混合物的理论容量为600 2000mAh/g。本专利技术的锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤:一、热处理:将粒度为I 1000 μ m的SiOY，其中0.5彡Y彡1.5，以I 2°C /min的升温速度至温度700 1300°C，保温I 12h，自然冷却至室温。保温过程中，SiOY会在高温下发生歧化反应，有单质硅相生成，使单颗粒Si均匀分散在SiOx中，形成混合物，SiOx为晶体和/或非晶体，0.5<x彡2.0，Si为0.5 50nm的单晶硅和/或多晶硅。从开始升温至降温结束的过程中通入保护性气体氮气、氩气或还原性气体的一种以上，流量为0.1 0.5m3/h。用日本JEOL JSM-7500F场发射扫描电子显微镜观测混合物的微观结构、形状。二:球磨:按现有技术对混合物进行球磨，得到粒度为50 500nm的含氧硅基材料。三、分散与碳包覆:按质量百分比，将85 10%的含氧硅基材料，5 75%的石墨粉体、有机碳源(残碳质量占生成复合材料质量的10 35%)混合，分两步进行:(1)先将含氧硅基材料和石墨粉体按现有技术混合均匀并分散到溶剂中形成浆料1，控制浆料I的固含量在5 45%，按现有技术干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池用硅碳负极材料，其特征在于：所述锂离子电池用硅碳负极材料按质量百分比，由10～90%的含氧硅碳复合材料和90～10%的石墨粉体材料混合构成；所述石墨粉体材料的粒度为0.5～50μm，含碳量不低于95%；所述含氧硅碳复合材料由10～85%含氧硅基材料、5～75%石墨粉体、10～35%有机物裂解碳构成；所述含氧硅基材料为单颗粒Si均匀分散在SiOx中形成的混合物，其中，0.5

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，李胜，余德馨，黄友元，任建国，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：