[发明专利]一种硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法。首先将硅粉、石墨、粘结剂、导电剂、固态电解质混合，制备得到分散液，然后经过喷雾造粒干燥；再加入沥青进行捏和、高温烧结、粉碎、过筛、除磁得到硅/石墨/固态电解质复合负极材料。本发明方法制备的材料利用导电剂如碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等形成导电网络，增加材料的导电性；加入耐高温的固态电解质，可取代部分电解液的作用，在电解液进入活性材料中时，起到离子电导的媒介，减少电解液的用量，并且SEI膜受热分解时，固态电解质仍然可以稳定存在，起到离子电导的作用，提高了硅/石墨/固态电解质复合负极材料的稳定性和安全性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体为一种锂离子电池硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有比能量高、电池电压高、放电平稳等优点，被广泛应用于各种消费电子设备和电动汽车中。目前商业化锂离子电池普遍使用石墨作为负极，然而，石墨的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足锂离子动力电池大容量、大功率、安全稳定等应用需求，研究者们正在努力寻找能够替代石墨的新型锂离子电池负极材料。

硅的理论比容量高达4200mAh/g、且嵌锂电位适中，使得硅负极材料成为具有发展潜力的锂离子电池负极材料，但硅基材料巨大的体积膨胀效应导致其循环性能较低和不可逆容量较大。目前的解决方法主要是使用碳材料、氧化物、固态电解质等对硅基材料进行表面包覆改性，缓解硅基材料的体积膨胀，并且提高其电子导电性或者离子导电性，然后进一步与石墨混合，减少硅的用量。如专利申请号201510585695.9公开了一种人造石墨/硅复合负极材料的制备方法，通过将硅镶嵌在人造石墨与人造石墨间粘接的复合颗粒间隙中，再进行碳包覆制备得到了石墨/硅复合负极材料，该方法得到的负极材料具有膨胀小、克容量高、循环好等特点。专利申请号201310566652.7公开了一种石墨硅复合锂离子电池负极材料的制备方法，通过采用高丙烯腈含量聚合微球作为热解碳前驱体粘结石墨和硅，然后二次包覆制备得到石墨硅复合负极材料，具有硅与石墨粘结牢固、二次包覆抑制硅的膨胀、解决纳米硅颗粒表面露出问题等优点。专利申请号201710823981.3公开了一种石墨烯/固态电解质复合包覆硅复合负极的制备方法，通过化学气相沉积法在硅基材料上包覆石墨烯，再利用氧化物的前驱酯包覆，得到了氧化物和石墨烯共包覆的硅负极材料，内部石墨烯可以提高硅基材料的电子导电率并缓解硅的体积膨胀，外部的固态电解质包覆层起到人工SEI膜的作用，同时提高硅基负极材料的离子导电率，改善其库伦效率和倍率性能。但是上述三种专利依然无法解决锂离子电池负极材料稳定性、安全性差的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法以及使用该制备方法制备的复合负极材料应用于锂离子电池。本发明的目的是提供一种具有较高容量、倍率性能、较好稳定性和高安全性锂离子电池的硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法。

本发明的一种硅/石墨/固态电解质复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备硅/石墨/固态电解质前驱体：将硅粉末、导电剂、粘结剂、石墨、固态电解质均匀的分散在合适的有机溶剂中，得到分散液，将所述分散液进行喷雾造粒干燥，得到硅/石墨/固态电解质前驱体；

(2)制备硅/石墨/固态电解质复合负极材料：将沥青等包覆剂等加入到硅/石墨/固态电解质前驱体中进行碳包覆，在惰性气体保护下，高温碳化，冷却后进行粉碎、筛分、除磁得到硅/石墨/固态电解质复合负极材料。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中分散液的制备方法为：先将硅粉、导电剂、石墨、固态电解质进行干混30～60min，随后加入粘结剂溶液搅拌30～60min，最后加入相应溶剂搅拌2～4h，调节黏度为200～1600mPa·s，制备得到分散液。

作为上述技术方案的优选，步骤(1)中的硅粉采用纳米级的硅、亚微米级的硅、微米级一氧化硅或微米级二氧化硅。