[发明专利]一种硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳负极材料的制备方法。包括以下步骤：（1）将硅粉或纳米硅和去离子水按照摩尔比1：（0.7‑1.7）混合球磨4‑48h；（2）将步骤（1）所得物干燥，然后煅烧1‑4h，得到Si/SiO_X复合产物；（3）取Si/SiO_X复合产物和碳源，球磨4‑48h；（4）将步骤（3）的混合物进行碳化，然后冷却至室温，继续球磨细化6h；（5）取步骤（4）得到的粉末用HF腐蚀4‑48h，然后在5000‑10000rpm条件下离心3‑30分钟，干燥后即得硅碳负极材料。本发明的硅碳负极材料同时具备硅类材料的高储锂特性和碳类材料的高循环稳定性，比容量高，循环稳定性好；有效解决了活性材料因膨胀而导致极片掉粉的情况，提高了锂离子电池的循环性能，在锂离子电池上具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，具体是一种硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

由于便携式电子设备和电动汽车的快速发展和广泛应用，对于高比能量、长循环寿命的锂离子电池的需求十分迫切。目前商品化使用的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是，由于石墨的理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池比能量的进一步提高。硅因其具有极高的理论嵌锂比容量(4200mAh/g，远高于目前其它所有的负极材料)、较低的储锂电位而引起极大关注，是新型高容量储锂材料的理想候选材料之一。

但是，硅材料在脱嵌锂过程中，存在严重的体积变化，容易造成硅颗粒的粉化，使电极片疏松，引起活性材料从集流体脱落，导致电极的循环稳定性大幅度下降。针对硅的体积效应，将硅的碳进行复合以缓冲硅的体积效应，是提高硅基材料的有效手段。虽然碳材料的理论容量偏低，但碳材料具有相对较好的弹性，是良好的锂离子导体，自身具有一定的嵌锂容量，而且脱嵌锂体积变化很小，循环性能的稳定性能良好。

目前改善硅基材料的循环性能的方法由溶胶－凝胶法、硅碳复合法、掺杂和表面包覆法等。然而，现有的这些硅碳负极材料制备方法中，还存在着一定的不足之处，例如，一些溶胶－凝胶法中会用到丙酮、丁酮等有机溶剂，不仅增加生产成本，还对操作人员和环境带来不利影响；并且丙酮、丁酮等有机溶剂在生产过程中很难完全去除，痕量的杂质会影响电池的充放电效率和寿命。此外，采用溶胶－凝胶法等处理的材料，只是初步解决了硅基材料的膨胀问题；然而，由于硅材料硬、脆，制备成电极片后会出现容易掉粉的问题。同时，电池的使用寿命低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硅粉或纳米硅和去离子水按照摩尔比1：（0.7-1.7）混合球磨4-48h；

（2）将步骤（1）所得物干燥，然后煅烧1-4h，得到Si/SiO_X复合产物；

（3）取Si/SiO_X复合产物和碳源，球磨4-48h；

（4）将步骤（3）的混合物进行碳化，然后冷却至室温，继续球磨细化6h；

（5）将步骤（4）得到的粉末腐蚀，干燥后即得硅碳负极材料。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（2）中煅烧温度为700-1000℃。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（3）中的碳源为沥青、蔗糖、葡萄糖和酚醛树脂中的任意一种。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（3）中Si/SiO_X复合产物和碳源的重量比为（1-9）：1。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（4）中碳化温度为600-1500℃。