本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种乳化沥青包覆硅碳负极材料及其制备方法。
背景技术：
锂离子电池因其优异的性能，在新能源领域扮演着不可替代的角色。随着近年来智能手机、平板电脑、电动汽车等的快速发展，锂离子电池的需求量呈不断上升的趋势，负极材料是锂离子电池中不可或缺的组件之一，对电池的性能有着十分重要的影响，碳负极材料在商业化电子产品方面的应用已经非常广泛，但是其存在着实际比容量低、首次不可逆容量大、倍率性能较差等缺点，这阻碍了他的进一步发展，在碳负极材料中掺杂或嵌入一定量的硅，形成c/si复合负极材料，可有效的提高碳负极材料的比容量，较多的研究结果和应用效果表明，碳和硅两者能否形成紧密的二元体系，对于c/si复合负极材料的稳定性、电学性能有着关键的作用，因此该方面的研究引来海内外的研究者的关注。
沥青是一类结构和成分十分复杂的混合物，但其具有很好的粘结性，因此在很多领域有着广泛的应用，随着新能源产业的发展，研究者们试图将沥青类材料应用于锂离子电池负极等领域；例如：中国专利zl201610164454.b披露了采用磺化沥青和石墨制备锂离子电池负极材料的方法；中国专利zl201611190965.7披露了一种锂离子电池用沥青的制备方法；此外，近年来，一些研究中也报道了采用沥青作为粘结剂包覆c/si复合负极材料，用于提高负极材料的稳定性和电学性能。然而，目前的技术中通常采用沥青粉作为介质来包覆c/si复合负极材料，在这种方式下，沥青粉、石墨和硅三组分很难混合均匀，沥青的粘结效果较差，c/si复合负极材料的稳定性很难得到明显的改善。
技术实现要素：
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种乳化沥青包覆硅碳负极材料及其制备方法，改善c/si复合负极材料的包覆效果，促进电池电性能提高。本发明采用的技术方案是：
一种乳化沥青包覆硅碳负极材料，其中：按质量百分比计，包括乳化沥青90％～95％，纳米硅粉1％～2％，石墨3％～9％。
一种乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：包括如下步骤：
s1、将沥青加热融化，控制温度为130～150℃，并将聚异丁烯丁二酸酐衍生物加入沥青中，搅拌均匀，将表面活性剂溶解于80～90℃水中，然后将沥青溶液倒入水中，在搅拌下形成乳化沥青；
s2、将乳化沥青、纳米硅粉和石墨在胶体磨中混合6～8h得到混合物，然后将混合物提供喷雾干燥得到混合粉末；
s3、将混合粉末在800～1200℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述步骤s1的沥青为煤制沥青或石油沥青。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述步骤s1聚异丁烯丁二酸酐衍生物为聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯丁二酸酐-尿素和聚异丁烯丁二酸酐-乙醇胺的任一种或两种的混合物。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述步骤s1的表面活性剂包括第一表面活性剂和第二表面活性剂，所述第一表面活性剂选自十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种，所述第二表面活性剂为吐温80。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述第一表面活性剂和第二表面活性剂的质量比为1:3～4。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述步骤s2的纳米硅粉的粒径为10～100nm。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：所述步骤s2的石墨为人造石墨或天然石墨中的任一种。
优选的是，所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其中：按质量百分比计，所述乳化沥青包括：沥青50％～70％、聚异丁烯丁二酸酐衍生物1％～2％、表面活性剂1％～2％和余量的水，以上总和为100％。
本发明的优点：本发明的乳化沥青包覆硅碳负极材料，制备工艺简单，原料易得，便于推广普及，环境友好，形成的电池电学性能优异，首次放电比容量可达1850mah/g，采用乳化沥青后，改善了沥青、石墨和硅三种材料的混合均匀性，提高了电池的循环寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
将5kg煤沥青加热融化，控制温度保温在130℃，向其中加入100g聚异丁烯丁二酰亚胺，搅拌均匀，将40g十二烷基磺酸钠和160g吐温80加入到4.7kg水中形成水相，在80℃保温待用；将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青，然后，将9kg乳化沥青、100g粒径为10nm的纳米硅粉以及900g人造石墨混合，并在胶体磨中混合6h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为70℃，最后将混合物在800℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
实施例2
一种乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
将7kg石油沥青加热融化，控制温度在150℃，向其中加入200g聚异丁烯丁二酸酐-乙醇胺，搅拌均匀；将25g十二烷基苯磺酸钠和75g吐温80加入到2.7kg水中形成水相，在90℃保温待用；将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青；然后，将9.5kg乳化沥青和200g粒径为100nm的纳米硅粉，以及300g天然石墨混合，并在胶体磨中混合8h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为80℃，最后，将混合物在1200℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
实施例3
将6.5kg石油沥青加热融化，控制温度为140℃，向其中加入150g聚异丁烯丁二酸酐-尿素，搅拌均匀，将35g十二烷基硫酸钠和115g吐温80加入到3.2kg水中形成水相，在85℃保温待用；将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青，然后，将9.3kg乳化沥青和150g粒径为60nm的纳米硅粉，以及550g天然石墨混合，并在胶体磨中混合7h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为75℃，最后，将混合物在1000℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
实施例4
将5kg煤沥青加热融化，控制温度在130℃，向其中加入50g聚异丁烯丁二酰亚胺和50g聚异丁烯丁二酸酐-乙醇胺，搅拌均匀，将40g十二烷基磺酸钠和160g吐温80加入到4.7kg水中形成水相，在80℃保温待用，将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青，然后，将9kg乳化沥青和100g粒径为10nm的纳米硅粉，以及900g人造石墨混合，并在胶体磨中混合6h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为70℃，最后，将混合物在800℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
实施例5
将5kg煤沥青加热融化，控制温度在130℃，向其中加入50g聚异丁烯丁二酰亚胺和50g聚异丁烯丁二酸酐-尿素，搅拌均匀，将40g十二烷基磺酸钠和160g吐温80加入到4.7kg水中形成水相，在80℃保温待用，将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青，然后，将9kg乳化沥青和100g粒径为10nm的纳米硅粉，以及900g人造石墨混合，并在胶体磨中混合6h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为70℃，最后将混合物在800℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
实施例6
将5kg煤沥青加热融化，控制温度在130℃，向其中加入50g聚异丁烯丁二酸酐-乙醇胺和50g聚异丁烯丁二酸酐-乙醇胺，搅拌均匀，将40g十二烷基磺酸钠和160g吐温80加入到4.7kg水中形成水相，在80℃保温待用，将沥青缓慢加入到水相中，通过乳化器搅拌剪切形成乳化沥青，然后将9kg乳化沥青和100g粒径为10nm的纳米硅粉，以及900g人造石墨混合，并在胶体磨中混合6h，混合后，形成的混合物立即经喷雾干燥除去水分，风温为70℃，最后，将混合物在800℃下烧结，冷却后形成乳化沥青包覆硅碳负极材料。
性能对比：
将本发明实施例1-6的硅碳负极材料与市售沥青包覆硅炭负极材料分别形成电池，然后在同样的条件下进行首次放电容量和循环后可逆容量测试，分析电池的电性能，试验结果如表一，从表1中可知，采用本发明硅炭负极材料的电池具有较高的首次放电容量和较优的循环性能。
表一不同硅碳负极材形成电池的电性能
本发明的乳化沥青包覆硅碳负极材料制备工艺简单，原料易得，便于推广普及；环境友好，形成的电池电学性能优异，首次放电比容量可达1850mah/g；采用乳化沥青后，改善了沥青、石墨和硅三种材料的混合均匀性，提高了电池的循环寿命。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。