[发明专利]一种n型硅‑碳复合锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源纳米材料技术领域。

背景技术

众所周知，硅材料因其具有高达4200mAh/g的储锂容量及丰富的来源而成为锂离子电池领域的研究热点。在锂离子电池实际应用中，由于硅材料在充放电过程中的体积变化巨大，高达300%，因此硅材料主要是以硅-碳复合负极材料的形式存在。现有商用硅-碳复合负极材料中的硅材料绝大部分是来自光伏行业中的碎硅片和碎硅块，而光伏行业所采用的硅材料基本都是p型掺杂硅。但是，p型掺杂硅相对于n型掺杂硅具有更高的储锂电位，最终导致储锂容量减少。因此，如果采用n型掺杂硅替代现有的p型掺杂硅负极材料，可显著提高其储锂比容量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种n型硅-碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法工艺简单并可低成本、大规模生产，有望进一步加快锂离子电池领域的发展。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种n型硅-碳复合锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是采用n型硅替代现有p型硅，并将其与石墨复合作为锂离子电池负极材料。

本发明所述的一种n型硅-碳复合锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是包括如下步骤。

（1）对n型硅材料进行球磨微米化、砂磨纳米化处理，接着依次采用丙酮、超纯水对n型硅粉进行清洗并烘干。

（2）对n型硅粉进行喷雾干燥、碳包覆处理。

（3）将碳包覆后的n型硅粉与石墨粉、导电剂、粘结剂混合，制备负极浆料，经过涂覆、烘干、压片、切片、称量制成负极片，并制成扣式电池进行测试。

本发明步骤（1）中所述n型硅材料可为颗粒状、片状或块状；其纯度可为工业级、太阳能级或电子级。

本发明步骤（2）中所述喷雾干燥碳包覆处理中采用的碳源为沥青或葡萄糖。

本发明步骤（3）中所述的导电剂为导电炭黑、碳纳米管或石墨烯。

本发明步骤（3）中所述的粘结剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠或丁苯橡胶。

本发明中n型硅-碳复合负极材料相对于现有p型硅-碳复合负极材料，其具有以下优点：（1）具有更高的储锂比容量；（2）具有更好的倍率性能；（3）具有更低的交流阻抗。

附图说明

图1为n型和p型硅-碳复合负极的电化学阻抗谱。

图2为n型和p型硅-碳复合负极的倍率性能曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1。

本实施例所述一种n型硅-碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，具体包括以下步骤。

（1）将电阻率为1Ωcm的n型太阳能级碎硅片在400rpm的转速下球磨10h，然后在2000rpm的转速下砂磨3h，接着依次采用丙酮、超纯水对n型硅粉进行清洗并烘干。

（2）将所得n型硅粉与沥青按质量比4:1混合于乙醇中并进行喷雾干燥处理以得到沥青包覆的硅粉，接着将其置于真空管式炉中在800℃下于Ar气气氛中进行处理5h，获得硅-碳负极材料。

（3）将得到的硅-碳复合负极材料与石墨粉、导电炭黑、聚偏氟乙烯按质量比5 : 85 : 5 : 5混合以制备负极浆料，经过涂覆、烘干、压片、切片、称量制成负极片，并制成扣式电池进行测试。

（4）采用电阻率为1Ωcm的p型太阳能级碎硅片按照上述工艺进行处理，以作对比。

本实施例中n型硅-碳复合负极材料比p型硅-碳复合负极材料的首次充电容量高20mAh/g。

实施例2。

本实施例所述一种n型硅-碳复合锂离子电池负极材料及其制备方法，具体包括以下步骤。

（1）将电阻率为0.001Ωcm的n型半导体级碎硅片在400rpm的转速下球磨10h，然后在2000rpm的转速下砂磨3h，接着依次采用丙酮、超纯水对n型硅粉进行清洗并烘干。

（2）将所得n型硅粉与沥青按质量比4:1混合于乙醇中并进行喷雾干燥处理以得到沥青包覆的硅粉，接着将其置于真空管式炉中在800℃下于Ar气气氛中进行处理5h，获得硅-碳负极材料。

（3）将得到的硅-碳复合负极材料与石墨粉、导电炭黑、聚偏氟乙烯按质量比10 : 80 : 5 : 5混合以制备负极浆料，经过涂覆、烘干、压片、切片、称量制成负极片，并制成扣式电池进行测试。

（4）采用电阻率为0.001Ωcm的p型半导体级碎硅片按照上述工艺进行处理，以作对比。