[发明专利]一种核壳型碳硅负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型碳硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将纳米硅粉、碳材料和粘结剂混合均匀，得到纳米硅碳混合材料；(2)在惰性气体保护下，将纳米硅碳混合材料进行混捏、压制成型后冷却得到轧片；(3)对轧片进行粉碎分级，得到碳硅复合材料；(4)将有机碳源溶于溶剂中得到液态或乳化状态的碳包覆剂；(5)将碳包覆剂喷洒包覆在碳硅复合材料表面得到核壳结构材料；(6)将核壳结构材料在惰性气氛下进行碳化处理后过筛、除磁，即得到所述核壳型碳硅负极材料。本发明的制备方法得到的核壳型碳硅负极材料的结构稳定性和表面稳定性好，首效与循环性能优异。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具备工作电压高、能量密度大、放电电压低、环境友好等特点，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车领域。电动汽车的快速发展也对锂离子电池的能量密度、循环性能、安全性能等提出了更高的要求，目前商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨为主，但低比容量(理论比容量为372mAh/g)限制了锂离子电池能量密度的进一步发展。

作为新型高比容量材料的代表，硅材料具备高储锂容量(理论比容量4200mAh/g)、低的脱锂电位(＜0.5)、储量丰富等优势，被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但硅基负极材料在规模使用过程中存在一些应用障碍：(1)充放电过程中，锂离子的嵌入和脱出导致300％以上的体积膨胀，致使负极材料粉化、脱落，并最终导致负极材料失去电接触而使电池彻底失效；(2)硅材料表面SEI膜的持续生长，会一直不可逆地消耗电池中有限的电解液和来自正极的锂，最终导致电池容量的迅速衰减。因此抑制硅材料的体积膨胀，提高材料的结构稳定性和表面稳定性对于提高材料的硅材料的循环稳定性具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种稳定性高和循环性能好的核壳型碳硅负极材料的制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种核壳型碳硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米硅粉、碳材料和粘结剂混合均匀，得到纳米硅碳混合材料；

(2)在惰性气体保护下，将步骤(1)中得到的纳米硅碳混合材料进行混捏、压制成型后冷却得到轧片；

(3)对步骤(2)中得到的轧片进行粉碎分级，得到碳硅复合材料(呈碳/硅/碳夹层结构)；

(4)将有机碳源溶于溶剂中得到液态或乳化状态的碳包覆剂；

(5)将步骤(4)中得到的碳包覆剂喷洒包覆在步骤(3)中得到的碳硅复合材料表面得到核壳结构材料；

(6)将步骤(5)中得到的核壳结构材料在惰性气氛下进行碳化处理后过筛、除磁，即得到所述核壳型碳硅负极材料。

上述制备方法中，优选的，所述碳材料包括天然石墨、鳞片石墨、人造石墨和石墨微粉中的一种或多种；所述纳米硅粉的粒径为30-500nm，所述碳材料的粒径为3-20μm，所述纳米硅粉和所述碳材料的质量比为1：(0.5-10)。纳米硅粒径越小，其抵抗膨胀性能越好，但因纳米硅破碎至纳米级后很难继续破碎，所以纳米硅粉粒径控制范围为30-500nm。碳材料粒径控制确定的依据如下：碳材料在硅碳结构中主要起抵抗纳米硅膨胀的作用，粒径过小无法起到抵抗纳米硅膨胀的作用，粒径过大，在与纳米硅混合过程中无法将其混合均匀，且会导致辊压后破碎后的物料颗粒太大，最终制备的硅碳材料加工性能差(无法涂布或涂布过程中出现颗粒)。硅含量高低决定了所制备材料的容量大小，碳含量高低决定了所制备材料的抗膨胀循环性能，1：(0.5-10)的比例可平衡所制备硅碳材料的容量及循环性能两者的关系。