[发明专利]一种高性能硅碳负极材料及其制备方法

说明书

一种高性能硅碳负极材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)将硅分散在溶剂中通过液相球磨得到纳米硅分散液，然后加入石墨通过液相球磨实现纳米硅与石墨的均匀混合；(2)将步骤(1)混合所得浆料造粒实现石墨/纳米硅复合化造粒；(3)将步骤(2)所得产物与沥青采用混捏‑压制‑破碎的方法实现石墨/纳米硅/沥青的复合化造粒，再经机械融合处理之后，一步实现石墨/纳米硅/沥青复合颗粒的球形化和均匀包覆；(4)经碳化、打散、筛分后，得到所述高性能硅碳复合负极材料。本发明的制备方法简单、低成本、易于规模化生产高性能硅碳负极材料。

技术领域

本发明属于电池负极材料技术领域，具体涉及一种高性能硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、自放电效应小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子器件、规模化储能电站和电动汽车中。当前，商业化的锂离子电池负极材料主要采用石墨类负极材料，但其理论比容量仅为372mAh/g，无法满足未来更高比能量及高功率密度锂离子电池发展的要求。因此，寻找替代碳的高比容量负极材料成为一个重要的发展方向。

由于具有最高的储锂容量(理论比容量4200mAh/g)和丰富的资源，硅材料被认为最有潜力有望成为下一代锂离子电池负极材料。然而，由于在嵌/脱锂过程中较大的体积变化带来的硅材料结构破坏和材料粉化，会导致电极结构破坏，造成硅活性组分丧失电接触。此外材料的粉化和巨大的体积变化，会造成SEI膜的不断生成，从而导致电池的电化学循环稳定性较差，阻碍了硅材料作为锂离子电池负极材料的规模化应用。

为解决硅负极材料在应用中存在的问题，目前研究者们主要通过硅的纳米化手段来减小硅的绝对体积膨胀，避免材料粉化。但单纯的纳米化无法解决纳米硅在循环过程中的“电化学烧结”和加剧的副反应造成的SEI膜不断生成的问题。因此，必须采用纳米化和复合化相结合的手段，通过构筑多元多层次复合材料的方法来解决硅在实际应用中存在的各种问题。目前报道的大部分硅碳负极材料大多为表面包覆处理的核壳结构，内核为疏松多孔的结构，多孔结构通过提供硅膨胀需要的空间来维持内核的形貌。然而这种结构内部孔隙率过大，虽然有利于改善材料的循环稳定性，但材料不耐压，包覆层强度低，材料振实密度低，进而降低了电池的体积密度，而同样面密度条件下，极片过厚又会造成电池性能的劣化。

因此，为满足新一代高比能锂离子电池发展的需求，必须同时提高硅碳负极材料的容量、振实密度和极片的面密度。

如CN103682287A公开了一种内嵌复合核-壳结构的高压实密度的锂离子电池硅基复合负极材料。该发明采用机械研磨、机械融合、各向同性加压处理与碳包覆技术相结合的方式实现了硅碳复合材料的制备。但该方法中提到了机械研磨制备空心化石墨的过程过于理想，实际过程容易造成石墨破碎而非空心化；机械融合过程也主要是实现纳米硅在石墨表面的分散，后期还要进行碳包覆处理；此外，同性加压和高温碳化后再进行破碎处理很容易造成表面包覆层的破坏，无法达到理想的核壳结构。CN103647056A公开了一种SiO_X基复合负极材料及其制备方法，该发明中采用机械融合的方法实现了纳米碳材料在颗粒SiO_X表面的分散，后期同样需要进一步进行碳包覆处理。

发明内容

为此，本发明的目的之一在于提供一种高性能硅碳负极材料的制备方法，该制备方法制得的负极材料具有高的振实密度，解决了硅碳负极材料在较高的面密度条件下，极片较厚、电化学性能差的问题。而且本发明的制备方法简单、低成本、易于规模化生产高性能硅碳负极材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高性能硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅分散在溶剂中通过液相球磨得到纳米硅分散液，然后加入石墨通过液相球磨实现纳米硅与石墨的均匀混合；