[发明专利]一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池电极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会科技的发展，人们对高比能量、高功率、长循环寿命锂离子电池的需求越来越大。负极材料对于锂离子电池性能的提高具有重要作用，目前商业化锂离子电池负极一般为石墨类材料或者以碳作为基质的材料，其理论比容量为372mAh/g，无法满足人们对高容量电极的需求。硅及含硅材料以其高达4200mAh/g的理论比容量被认为是一种很有前途的负极材料，但硅负极在锂嵌脱过程中较大的体积效应，严重降低了其循环性能。为了克服体积效应，改善其循环性能，研究者提出了纳米化、合金化和碳包覆等解决措施，这些研究能够缓解体积膨胀，改善硅基负极材料的循环性能、降低不可逆容量，提高首次效率。然而，这些改善仍然未能达到工业上应用时对循环性能和体积膨胀限制的要求，其在研究上取得的成绩离产业化还很远。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的含硅复合材料循环性能差的缺陷，提供一种比容量高、循环性能好的锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池硅基复合负极材料的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将硅粉、石墨、分散剂与水混合形成浆料，其中所述硅粉和所述石墨的平均粒径D₅₀分别为380-500nm；

(2)喷雾造粒得颗粒；

(3)将质量体积浓度为1.5-4.7g/L的羧甲基纤维素钠(英文缩写CMC)水溶液和所述的颗粒混合，其中所述的羧甲基纤维素钠的用量占所述硅粉和所述石墨总重量的1-3wt％，搅拌，离心分离，干燥，过400目以上的筛子，取筛下物即可。

在本发明的一较佳实施方式中，所述的制备方法的具体操作步骤为：

将硅粉原料、石墨原料、所述分散剂与水混合，超细磨得所述浆料，所述浆料中粒子的平均粒径D₅₀为380-500nm；

②喷雾造粒得所述颗粒；

③将所述的羧甲基纤维素钠水溶液和所述的颗粒混合，搅拌，离心分离，干燥，过400目以上的筛子，取筛下物即可。

其中，所述的硅粉和所述石墨的用量均为本领域常规用量，较佳地所述的硅粉和所述的石墨的重量比为0.15-0.25∶1。

其中，所述的超细磨为本领域的常规研磨方式，一般采用超细球磨。

其中，所述的石墨为本领域常规使用的石墨，一般为人造石墨和/或天然石墨。

所述的分散剂为本领域常规使用的分散剂，较佳地为聚乙烯基吡咯烷酮(英文缩写PVP)、羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇(英文缩写PVA)和聚乙二醇(英文缩写PEG)中的一种或者多种；更佳地为重均分子量为5200-7200的聚乙烯基吡咯烷酮、重均分子量为5800-7200的羧甲基纤维素钠、重均分子量为5.8×10⁴-8.5×10⁴的聚乙烯醇和重均分子量为4700-6800的聚乙二醇中的一种或多种。

所述的分散剂用量为本领域的常规用量，较佳地，所述的分散剂占所述硅粉和所述石墨总质量的2-5wt％。

较佳地，所述的水的质量与所述硅粉、所述石墨和所述分散剂的总质量比为7.5-9∶1。

所述的喷雾造粒为本领域常规技术，其进料速度和进、出风口温度均为本领域的常规参数；较佳地，所述喷雾造粒的进料速度为3.6-4.6kg/h，所述喷雾造粒的进风口温度为220-260℃，所述的出风口温度为100-130℃。

较佳地，所述颗粒的平均粒径D50为5.7-6.7μm。

所述的搅拌采用本领域常规的搅拌条件；较佳地，所述搅拌的时间为2-3小时，所述搅拌的速度为80-100rpm。

所述的离心采用本领域常规的离心条件，较佳地，所述离心的速度为4000-5000rpm。

所述的干燥为本领域常规干燥方式，较佳地，所述干燥的温度为80-100℃。

所制得的锂离子电池硅基复合负极材料的平均粒径D₅₀为6.2-7.5μm。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的锂离子电池硅基复合负极材料。

较佳地，所述的锂离子电池硅基复合负极材料的平均粒径D₅₀为6.2-7.5μm。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。