[发明专利]一种锂离子二次电池硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体地说是一种锂离子二次电池硅碳负极材料及其制备方法，其特征在于采用如下重量百分比的原材料制备而成：硅和/或氧化亚硅：3～10wt％；溶剂：30～57wt％；煤焦油沥青：40～60wt％；所述的溶剂为酚油、洗油、蒽油中至少一种。本发明与现有技术相比，在碳材料中引入纳米硅和/或氧化亚硅，提升了锂离子二次电池负极材料克容量，从而使电池的充放电克容量增加；同时纳米材料颗粒受外部的碳包裹，束缚了硅和/或氧化亚硅的膨胀，较好解决了体积膨胀问题，因而循环性能得到改善；另外，本发明工艺流程简单易于控制，且所用设备均为工业化普通设备，易于实现产业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体地说是一种锂离子二次电池硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着各种移动电话、笔记本电脑、数码摄像机和便携式电器等电子设备的小型化及日益优越的性能。锂离子电池也因为具有能量密度大、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、快速充放电、循环寿命长等方面的优异性能，而引人注目。

目前商业化的锂离子二次电池广泛使用石墨作为负极材料，理论上石墨的可逆储锂容量可达到372mAh/g，但仍无法满足高能量密度电池的需求，为了提高负极材料的比容量和改进充放电性能，研究人员开始研究非碳基负极材料。研究发现硅的理论容量远高于石墨的容量。其容量可以达到4200mAh/g，并且脱锂电位平台较低，但其充放电过程中体积膨胀较大，导致电池循环性能较差，影响其广泛应用。

研究人员一直致力于以硅来替代石墨负极材料，提升锂离子电池容量，解决硅在充放电过程中体积膨胀问题成为研究开发的重点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，采用硅碳材料来替代石墨负极材料以提高负极材料的比容量，同时能解决硅材料在充放电过程中的体积膨胀问题。

为实现上述目的，设计一种锂离子二次电池硅碳负极材料，其特征在于采用如下重量百分比的原材料制备而成：

硅和/或氧化亚硅：3～10wt％；

溶剂：30～57wt％；

煤焦油沥青：40～60wt％；

所述的溶剂为酚油、洗油、蒽油中的至少一种。

所述的煤焦油沥青软化点为70～120℃。

所述的煤焦油沥青软化点为110℃。

一种锂离子二次电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：

(1)纳米浆料的制备：将所述重量百分比的硅粉和/或氧化亚硅粉及溶剂采用湿法球磨成固体颗粒的粒径＝100-300nm纳米浆料；

(2)热聚合反应：将纳米浆料按所述重量百分比与煤焦油沥青混合，并以430～450℃进行热聚合反应，反应时间1～8小时，得到聚合沥青混合物；优选的热聚合反应温度为435℃；反应时间6小时；

(3)焦化处理：将聚合沥青混合物在氮气保护下，加热至500～600℃进行焦化处理，得到块状沥青焦；

(4)粉碎分级处理：将块状沥青焦粉碎至D50＝10～30μ m，得沥青焦粉末；优选沥青焦粉碎至D50＝15～20μm；

(5)低温碳化处理：将沥青焦粉末在氮气保护下，以800～1350℃，碳化1～10小时后随炉冷却，得锂离子二次电池硅碳负极材料；优选的碳化温度为1150℃，碳化时间为5小时。