[发明专利]一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料制备方法，其通过将硅粉研磨过筛得到超细硅粉，再通过高温使其表面氧化，再以其团聚的特性烧结，烧结完成后，通过球磨使得团聚的颗粒均匀化，再在惰性气体氛围下烧结，使其致密，最好以沥青/碳源气体包覆碳化，待碳化完成后，加入HF去除表面氧化硅，制得波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料,该制备方法所制得的壳核结构能够容纳硅材料的体积膨胀，对颗粒均匀且粒径较小的纳米级别硅材料进行烧结，能够提高电子离子在硅上的传导效率，同时避免了粉化的问题，从而有效的提高循环性能和首次库伦效率。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨是良好的导电碳材料，具备层状结构并且结构稳定，是目前主流的锂电池用负极材料，但石墨负极的理论克容量低，目前满足不了市场对于续航能力要求高的纯电动汽车需求，而硅的理论比容量高达4200mAh/g，是石墨的十倍之多，具备良好的负极材料应用潜力，而硅负极的局限性在于体积膨胀和容易粉化等带来的循环性能低，首效差的影响，也是硅负极大规模生产应用的限制所在，因此解决硅材料自身的体积膨胀和粉化问题，是目前硅负极研发亟待解决的问题，此外硅材料的导电能力不如石墨材料，如何提高硅材料的导电能力也是硅负极需要提升的一个侧重点。

专利文献CN106784732B与专利文献CN106099113B均体现了壳核结构的硅碳负极材料制备，一种采用氧化法与本发明原理存在相似之处，另一种利用镁热还原的方法制备得硅碳负极，均是以壳核结构设计，已被证实此种结构能够容纳硅体积膨胀，此外硅体积膨胀带来得粉化，两个专利中并没有提及解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中体积膨胀和容易粉化等带来的循环性能低，首效差的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明的技术方案提供了一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料制备方法，包括以下步骤：

（1）将D50在5-15μm的硅粉过2000目筛网，收集得D50在7μm以下的超细硅粉；

（2）将步骤（1）中的超细硅粉置于砂磨机物料桶中，乙醇为溶剂，质量比为10-20%，转速为2200r/min-2800r/min，冷却循环水保持系统温度为10-15℃，研磨4-8h后，烘干粉碎，过筛得纳米级别的超细硅粉；

（3）将步骤（2）中纳米级别的超细硅粉置于罐式气氛炉中，空气氛围，以10℃/min的升温速率，升至500-700℃，保持10-20min，降至常温后取出，得表层氧化后的纳米级别超细硅粉;

（4）将步骤（3）中表层氧化后的纳米级别超细硅粉，置于罐式炉中，抽真空，填充氩气氛围，炉内保持1-2MPa正压，以10℃/min的升温速率，升至1000-1200℃，保持1-2h，待降至常温后取出，得烧结后的致密硅粉；

（5）将步骤（4）中的烧结后的致密硅粉于球磨机中进行球磨，转速为100-200r/min，球磨后过2000目筛，得筛分的致密硅粉;

（6）将步骤（5）中的致密硅粉与高温沥青混合，质量比例为1：0.1-0.2，将混合的样品置于罐式气氛炉中，氮气氛围，阶梯式升温，以3-5℃/min升温至300-350℃保持1-2h，再以8-10℃/min升温至800-900℃，得碳包覆的致密硅粉；

（7）将步骤（6）中的碳包覆致密硅粉用氢氟酸等强酸淋洗，去除硅粉表面碳层，烘干，最后得一种波罗蜜状硅碳壳核结构复合负极材料。

优选地，步骤（1）中，所述硅粉为高纯硅粉，纯度在99.999%及以上。

优选地，步骤（2）中,所述纳米级别超细硅粉D50在600-800nm。