[发明专利]锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，将人造石墨、有机硅源和氧化石墨烯按照比例加入反应釜中搅拌混合，将得到的前驱体混合物装入橡胶模具中，与金属锂均匀交替放置，放入等静压成型机中压制，得到压块；然后，将压块通过放电等离子烧结，使用氮气作为保护气体，粉碎筛分后得到硅碳负极材料。通过将硅碳材料的前驱体混合物与锂箔压制后，经过放电等离子烧结，同时实现硅的预锂化和碳材料的包覆与交联，能够有效缓解硅负极在循环过程中的体积变化所带来的硅材料与碳材料的脱落和电极粉化的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域技术，尤其是指一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展及当今面临的严峻能源、环境形势，纯电动或混合动力汽车等高端储能领域对更高能量密度和功率密度的锂离子电池提出了迫切需求，而锂离子电池的进一步发展又主要取决于负极材料的嵌锂容量和大电流倍率性能能否在现有水平上大幅度提升。目前，商业化石墨类负极材料因受其理论容量(372mAh/g)的限制而遇到发展瓶颈，具有较高嵌锂容量的过渡金属氧化物、MoS₂、Sn和Si类负极材料便成为近期的的研究重点。其中，因Si具有超高的理论嵌锂容量(4200mAh/g，Li₄.4Si)和较低的嵌锂电位(0.2V vs Li/Li⁺)，Si基负极材料被科学界和工业界视为最具发展潜力和竞争力的高能量型锂离子电池负极材料之一。

现有方法采用微米硅或纳米硅为原料，通过粘结剂与人造石墨混合，以得到的硅碳负极材料，然而，在电池循环的过程中，由于硅材料的巨大体积变化容易导致硅材料与碳材料的脱落和电极粉化，增加不可逆副反应，从而造成首次效率库伦低下，循环容量衰减过快。因此，有必要对现有锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，其能同时实现硅的预锂化和碳材料的包覆与交联，能够有效缓解硅负极在循环过程中的体积变化所带来的硅材料与碳材料的脱落和电极粉化的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：将人造石墨、有机硅源和氧化石墨烯按照比例为10：(1-5)：(0.1-1.5)的质量比加入反应釜中搅拌10-30min，得到前驱体混合物；

(2)压制：将步骤(1)得到的前驱体混合物装入橡胶模具中，与金属锂均匀交替放置，放入等静压成型机中压制，压力为90-150MPa,得到压块；

(3)烧结：将步骤(2)得到的压块通过放电等离子烧结，使用氮气作为保护气体，温度为1500-2000℃，压力为10-40Mpa，烧结时间为10-15min，粉碎筛分后得到硅碳负极材料。

作为一种优选方案，所述有机硅源为四氯硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷、正硅酸乙酯中的一种或一种以上。

作为一种优选方案，所述人造石墨为石油焦和煤系针状焦中的一种或两者的混合物。

作为一种优选方案，所述氧化石墨烯的层数≤10层，横向尺寸5μm。

作为一种优选方案，所述金属锂为锂粉和锂片中的一种或者两者的混合物，锂片的厚度为20-200μm。

作为一种优选方案，所述人造石墨平均粒径D50为2-20μm。

作为一种优选方案，所述金属锂与前驱体混合物的比例为(0.01-0.5):10。

作为一种优选方案，所述反应釜搅拌的转速为500-1500rpm。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：