[发明专利]一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)使用活化剂对一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物活化，活化温度为350～670℃，冷却至室温；(2)在步骤(1)产物中滴加蒸馏水至粘稠状，搅拌，然后将固体物烘干，并加入管式炉中，在空气条件下，热处理，冷却至室温；(3)将步骤(2)产物和硅酸钛混合并球磨，再机械融合；(4)将天然石墨与步骤(3)产物在保护气氛中、1850～2450℃温度下煅烧4～10h，冷却后混合、筛分、磁选，得到负极材料。本发明的负极材料可提高锂离子电池的能量密度、放电容量和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

碳材料具有化学电势低、循环性能好、价格低廉、环境友好等优点，是目前最理想、常用的锂离子电池负极材料。而在碳材料中，同软碳和硬碳相比，石墨材料在比容量、放电平台和成本等方面具有较为明显的优势。其中天然石墨具有比容量高、价格低廉等优点，但首次不可逆容量大，循环性能较差、倍率性能差。为了克服天然石墨的缺陷，改善碳负极材料的电化学性能，降低生产制造成本。其中，碳/石墨材料具有较高的理论比能量，且价廉易得、制备工艺成熟，因而广泛用作锂离子电池负极材料。但是碳/石墨负极存在的问题是：首次充电会在碳颗粒表面形成固体电解质膜(SEI)造成电池容量损失，且SEI膜生成量随充放电循环次数的增加而增加，同时电池内阻抗加大，能量密度、放电容量和循环寿命等性能降低。

硅基材料作为锂离子电池负极具有容量高、来源广泛以及环境友好等优势，有望替代目前应用广泛的石墨负极成为下一代锂离子电池的主要负极材料。然而，硅在充放电过程中存在严重的体积膨胀，巨大的体积效应及较低的电导率限制了硅负极技术的商业化应用。为克服这些缺陷，研究者们进行了大量的尝试，采用复合化技术，利用“缓冲骨架”补偿材料膨胀。碳基负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体；另外，硅与碳化学性质相近，二者能紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质。在Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量；C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。因此Si/C复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用活化剂对一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物活化5～45h，活化温度为350～670℃，冷却至室温；

(2)在步骤(1)产物中滴加蒸馏水至粘稠状，搅拌2～4h，然后将固体物烘干，并加入管式炉中，在空气条件下，热处理6～12h，冷却至室温；

(3)将步骤(2)产物和硅酸钛混合并球磨，再机械融合；

(4)将天然石墨与步骤(3)产物按照重量比10～50∶1～25在保护气氛中、1850～2450℃的温度下煅烧4～10h，冷却后混合、筛分、磁选，得到负极材料。

本发明在一较佳示例中，步骤(1)，所述活化剂为过氧化钠或过氧化钾。

本发明在一较佳示例中，步骤(1)所述一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物与活化剂的重量比为1～2∶0.05～0.1。

本发明在一较佳示例中，步骤(1)，所述一次颗粒针状焦和二次颗粒针状焦掺混物，颗粒D₅₀≤10μm。

本发明在一较佳示例中，步骤(2)，所述热处理为：先升温至200～350℃保温，再升温至650～800℃保温。