[发明专利]一种硅/碳粉末复合材料及其制备方法以及电池负极材料

说明书

本发明涉及一种硅/碳粉末复合材料及其制备方法以及电池负极材料；该硅/碳粉末复合材料的制备方法通过将硅进行真空加热熔炼至熔融状态，制得硅熔浆，再通过在该硅熔浆中通入氮气和碳源气体的混合气体，并对其进行紧耦合超声真空气雾化，制得硅/碳粉末复合材料。该制备方法操作简单，制取得到的硅/碳粉末复合材料的粉末球形度好，粉末粒径较小且均匀。由该方法制得的硅/碳粉末复合材料解决了硅在锂离子脱碳过程中产生巨大体积膨胀导致材料结构破坏的问题，从而提高了材料的循环性能。用该硅/碳粉末复合材料作为锂离子电池负极材料，制备锂离子电池，该锂离子电池具有高比容量和高安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，涉及一种电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池经过20多年的发展，电池制造工艺已趋于成熟，以商品化的碳材料为负极材料的锂离子电池在能量密度上很难有大的突破。近几年，在研发的新型电池材料中，具有高比容量、安全性更高、资源丰富等优点的硅基负极材料受到广泛关注，目前，通常将硅与碳材料进行复合，形成硅碳核壳结构或将碳包覆于硅表面的复合物，解决了由于单质硅在锂离子脱碳过程中产生巨大体积膨胀导致材料结构的破坏，从而避免材料的循环性能大幅度降低。但是由现有的制备方法制取的硅/碳复合材料的粉末球形度差且粒径较大不均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够解决上述缺陷的硅/碳粉末复合材料的制备方法及其硅/碳粉末复合材料和电池负极材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种硅/碳粉末复合材料的制备方法；包括以下步骤：

S1、将硅进行真空加热熔炼，熔炼至熔融状态，制得硅熔浆；

S2、在所述硅熔浆中通入氮气和碳源气体的混合气体，并对所述硅熔浆进行紧耦合超声真空气雾化，制得硅/碳粉末复合材料。

优选地，在所述S1步骤中，所述熔炼温度为1520～1560℃。优选地，所述S1步骤，还包括对所述硅熔浆进行保温，保温时间为25～35min。

优选地，在所述S1步骤中，所述硅的硅含量为99.9wt％～100wt％

优选地，在所述S2步骤中，所述碳源气体为乙炔或者甲烷。

优选地，在所述S2步骤中，所述氮气与所述碳源气体的体积比为85:15～75:25。

优选地，在S2步骤中，雾化时，通入所述氮气与所述碳源气体混合气的雾化压强为3.5～4.5MPa。

本发明还构造一种硅/碳粉末复合材料，采用本发明所述的硅/碳粉末复合材料的制备方法制得。

优选地，所述硅/碳粉末复合材料的平均粒径为1～15微米。

本发明还构造一种电池负极材料，包括本发明所述的硅/碳粉末复合材料。

实施本发明的硅/碳粉末复合材料的制备方法，具有以下有益效果：该硅/碳粉末复合材料的制备方法通过将硅进行真空加热熔炼至熔融状态，制得硅熔浆，然后以氮气和碳源气体的混合气体为雾化气，进行紧耦合超声气雾化，制得硅/碳粉末复合材料。该制备方法操作简单，制取得到的硅/碳粉末复合材料的粉末球形度好，粉末粒径较小且均匀。由该方法制得的硅/碳粉末复合材料解决了硅在锂离子脱碳过程中产生巨大体积膨胀导致材料结构破坏的问题，从而提高了材料的循环性能。用该硅/碳粉末复合材料作为锂离子电池负极材料，制备锂离子电池，该锂离子电池具有高比容量和高安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明硅/碳粉末复合材料的制备方法的工艺流程图；

图2是本发明硅/碳粉末复合材料的电镜图。