[发明专利]锂离子电池负极材料及制备方法及含该材料的电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体地说是锂离子电池负极材料及制备方法及含该材料的电池。

背景技术

石墨的理论容量仅为372mAh/g，而硅的理论容量达4200mAh/g，为提高锂离子电池能量密度，近几年国内外对含硅负极材料研究越来越多，其研究又大多集中在对硅充放电过程中产生的体积膨胀上。

在解决硅充放电过程膨胀问题上，较多的研究之一为硅纳米化、硅与基体结合缓冲膨胀等手段；研究中有采用机械融合等手段达到增强硅与基体之间的结合力，如申请号201310703654.6的发明专利，采用对分散有纳米硅粉的空心石墨进行机械融合及沥青包覆的方式制备锂离子电池负极材料。该发明虽然一定程度上能降低硅的膨胀、提高纳米硅与石墨基体的结合力，但是存在纳米硅粉在基体表面分散性不好、不能保证沥青牢固包覆在材料表面等缺点，而且利用球磨方式来制备空心石墨只是一种理想方式，实际很难操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，克服了现有纳米硅与基体分散不均匀、结合力不强、碳表面修饰效果差、BET较大、不能产业化等问题。

实现上述目的，设计一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，依次采用如下制备步骤：

(1)、将硅粉与纯乙醇进行湿法球磨，球磨至D50为50-150nm，得固含量在5-15wt％硅浆料；

(2)、另取纯乙醇，将树脂溶解于纯乙醇中，得浓度为10-50wt％树脂醇溶液；

(3)、将含硅浆料、树脂醇溶液和球形石墨、导电剂混合均匀后，减压蒸发掉溶剂得前躯体；

其中，以硅浆料中的硅粉、树脂醇溶液中的树脂、球形石墨、导电剂4种材料的总重量计，硅粉占所述总重量的5-30wt％；树脂粉末占所述总重量的5-20wt％；球形石墨占所述总重量的50-80wt％；导电剂粉末占所述总重量的0.5-3wt％；

(4)、将前躯体与高温沥青，按重量比10∶1-2∶1高速混料后，再机械融合1-30min得融合料；所述高温沥青的软化点为200-300℃；

(5)、将融合料在包覆釜里边搅拌边加热热解；

(6)、再在惰性气氛下烧结炭化，再筛分即得粒径为10-16um的锂离子电池负极材料；

所述树脂为能够溶于乙醇中的酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛、脲醛树脂、丙烯酸树脂树脂；

所述球形石墨为天然石墨，粒径为6～15μm；

所述的导电剂为碳黑Super-P、碳纳米管、纳米碳纤维。

所述湿法球磨是将硅粉粒径球磨至D50为80-120nm；所述球形石墨粒径为6～12μm。

所述包覆釜搅拌角速度为150-400r/min，，加热热解温度为350-650℃，保温时间1-5小时。

所述烧结炭化温度为800～1000℃，保温时间为1～6小时。

所述的硅粉占所述总重量的5-20wt％。

所述的树脂粉末占所述总重量的10-15wt％。

所述的球形石墨占所述总重量的63-70wt％。

所述的导电剂粉末占所述总重量的0.5-2wt％。

一种所述的制备方法制得的锂离子电池负极材料，其特征在于：制得粒径为10-16um的锂离子电池负极材料。

一种包含所述锂离子电池负极材料的锂离子电池。

本发明与现有技术相比，具有如下优势：

1、树脂以溶液状态存在，进行液相包覆，纳米硅可以均匀分散在石墨、无定形硬炭表面；

2、纳米硅、石墨与表层硬炭能形成核壳结构；

3、最外层无定形软炭附着在硬炭表面，形成牢固的双层壳层，有效提高了碳表面修饰效果；

4、机械融合能增强纳米硅与基体以及核与壳之间的贴合性；

从而制备的锂离子电池负极材料具有比表面积小、纳米硅均匀分散在基体表面、材料表面能形成稳定的SEI膜，首次效率高、循环好、倍率性能高等特点，而且该工艺适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明中实施例4制得的锂离子电池负极材料扫描电镜(SEM)图。

图2为本发明中实施例4制得的锂离子电池的首次充放电曲线图。

具体实施方式

现结合附图及实施例对本发明作进一步地说明。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

本发明以下实施例中使用的原料购买厂家及其型号如下所示：