专利名称：活性碳-纳米硅复合粉体及其合成方法及其制作的锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种负极活性物质以及采用该负极活性物质制作的锂离子电池，特别是涉及一种活性碳-纳米硅复合粉体及其合成方法及其制作的锂离子电池。
背景技术：
锂离子二次电池被誉为21世纪的高性能“绿色能源”，具有广泛的应用领域和广阔的市场前景，相比其它化学电源，有单体电池电压高，重量轻，能量密度和比能量高，自放电率低，循环寿命长，无记忆效应和安全性能好等优点。因此，小到数码产品，大到动力汽车都得到较广泛的应用。无论在哪个应用领域，如何充分发挥锂离子电池轻便的优势，是材料开发技术人员和锂离子电池制造技术人员研究的课题。目前商业化的主要为石墨类负极，石墨类负极材料具有容量高、价格低廉、来源丰富的优点，但现在已无法满足锂离子电池对材料容量密度的要求，一定程度上限制了它在锂离子电池中的广泛应用。因为硅合金材料高的特征嵌锂容量，硅合金材料近年来得到了极大地重视，但硅材料的导电率较差，充放电粉化等缺陷，带来了首次效率低，充放电衰减快等问题，同时硅合金材料合成成本较高，也严重影响了其产业化的进度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有高充放效率，循环性能好的纳米硅复合石墨材料及其合成方法，并用其搭配商业化的正极电解液体系制作了电池。本发明公开的合成方法为用多孔的活性碳材料与纳米化的硅单质材料经高能球磨，然后再采用浙青或高聚物材料进行包覆，使硅纳米材料寄居在活性碳孔隙中，得到一种导电性好，充放电稳定的外包覆层的活性碳-纳米硅复合粉体，其具体步骤包括(1)多孔的活性碳颗粒，用冲击式粉碎机经机械强破碎后，在风机作用下经过分选机，得到900目的活性碳颗粒粉体；(2)将分选后的活性碳颗粒粉体与纳米硅单质材料进行简单机械混合，然后转入高能球磨机进行强混合；(3)在强混合后的混合料中，分三次加入浙青或高聚物材料进行包裹，然后加入球磨机中继续球磨；(4)将三种粉末形成的混合粉体在惰性气氛的保护下升温到800-1100度左右，保持6-12小时后冷却；(6)冷却后的产品经破碎分级，得到活性碳-纳米硅复合粉体。所述活性碳颗粒粉体，纳米硅单质材料以及浙青或高聚物材料的质量比为 1 0. 5 1-8 3 1。本发明还公开了按照上述方法合成的活性碳-纳米硅复合粉体。所述活性碳-纳米硅复合粉体与人造石墨或天然改性石墨混合后，作为锂离子二次电池的负极活性物质。 或者，所述活性碳-纳米硅复合粉体与人造石墨前驱体或球形化的天然石墨混合，再采用浙青或高聚物材料二次包裹烧结后，作为锂离子二次电池负极的活性物质。所述活性碳-纳米硅复合粉体在二次包裹烧结物中所占质量百分比为6-10%。本发明还公开了一种采用所述的活性碳-纳米硅复合粉体制作的锂离子电池，负极混浆时，添加所述活性碳-纳米硅复合粉体。所述活性碳-纳米硅复合粉体或含有活性碳-纳米硅复合粉体的所述二次包裹烧结物占电池负极的质量百分比为6-100%。综上所述，本专利发明了一种通过微细活性碳颗粒与浙青包覆的复合作用稳定硅纳米颗粒的合成方法，并通过该方法制备出硅碳复合的粉体材料，采用该粉体材料作为活性物质对锂离子电池的负极容量提高有明显优势。
图1为本发明实施例5的性能曲线图。
具体实施例方式本发明的实施例包含如下步骤1、选用多孔的活性碳颗粒，用冲击式粉碎机经机械强破碎后在风机作用下经过分析机，得到900目的粉体；2、将分选后的活性碳颗粒与纳米硅单质材料，以一定的质量比经简单机械混合， 然后转入高能球磨机进行强混合；3、在强混合后的混合料中分三次加入一定比例的浙青加入球磨机中继续球磨；4、将三种粉末形成的混合粉体按一定升温速度在惰性气氛的保护下升温到 800 1100度左右，保持6 12小时后冷却。5、冷却后的产品经破碎分级，得到复合的硅纳米石墨负极材料。该复合粉体的使用方法，可进一步与人造石墨前驱体(如石油焦，煤焦等)或球形化的天然石墨混合，采用浙青或高聚物进行二次包覆烧结得到锂离子电池复合材料。也可直接将该复合粉体与商业化的人造石墨或天然改性石墨直接混合使用，作为锂离子二次电池负极活性物质使用。6、锂二次电池成品电池采用传统053450铝壳型号，采用行业内通用工艺条件，经混浆，涂布，制片，组装，注液，化成等工序，搭配的正极为LiCo02。电解液为EC EMC DEC = 1 1 1 (1M锂盐浓度)，负极混浆时，添加一定比例的该复合硅纳米石墨负极材料作为活性物质使用。所述的纳米硅单质材料选用商业化硅粉。表1
权利要求
1.一种活性碳-纳米硅复合粉体的合成方法，其步骤包括(1)多孔的活性碳颗粒，用冲击式粉碎机经机械强破碎后，在风机作用下经过分选机， 得到900目的活性碳颗粒粉体；(2)将分选后的活性碳颗粒粉体与纳米硅单质材料进行简单机械混合，然后转入高能球磨机进行强混合；(3)在强混合后的混合料中，分三次加入浙青或高聚物材料进行包裹，然后加入球磨机中继续球磨；(4)将三种粉末形成的混合粉体在惰性气氛的保护下升温到800-1100度左右，保持 6-12小时后冷却；(6)冷却后的产品经破碎分级，得到活性碳-纳米硅复合粉体。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，活性碳颗粒粉体，纳米硅单质材料以及浙青或高聚物材料的质量比为1 0.5 1-8 3 1。
3.—种如权利要求1-2所述方法合成的活性碳-纳米硅复合粉体。
4.一种如权利要求3所述的活性碳-纳米硅复合粉体，其特征在于，所述活性碳-纳米硅复合粉体与人造石墨或天然改性石墨混合后，作为锂离子二次电池的负极活性物质。
5.一种如权利要求3所述的活性碳-纳米硅复合粉体，其特征在于，所述活性碳-纳米硅复合粉体与人造石墨前驱体或球形化的天然石墨混合，再采用浙青或高聚物材料二次包裹烧结后，作为锂离子二次电池负极的活性物质。
6.一种如权利要求5所述的活性碳-纳米硅复合粉体，其特征在于，所述活性碳-纳米硅复合粉体在二次包裹烧结物中所占质量百分比为6-10%。
7.一种采用权利要求3-6所述的活性碳-纳米硅复合粉体制作的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子的负极混浆时，添加所述活性碳-纳米硅复合粉体。
8.如权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述活性碳-纳米硅复合粉体或含有活性碳-纳米硅复合粉体的所述二次包裹烧结物占电池负极的质量百分比为6-100%。
全文摘要
本发明涉及一种具有高充放效率，循环性能好的纳米硅复合石墨材料及其合成方法，并用其搭配商业化的正极电解液体系制作了电池。用多孔的活性碳材料与纳米化的硅单质材料经高能球磨，然后再采用沥青或高聚物材料进行包覆，使硅纳米材料寄居在活性碳孔隙中，得到一种导电性好，充放电稳定的外包覆层的活性碳-纳米硅复合粉体。本发明还涉及采用所述的活性碳-纳米硅复合粉体制作的锂离子电池。
文档编号H01M4/583GK102299330SQ20111019238
公开日2011年12月28日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者吴克兵, 段惠彬, 董培喜, 郭鹏, 钟茂关 申请人:青岛大华电子科技有限公司