一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料，具体是涉及一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法。

背景技术：

1、近年来，石墨一直作为锂离子电池的主流负极材料，然而目前商用优质石墨的克比电容量为360mah/g，已经接近其克比电容量理论值372mah/g，在全电池中能量密度达到天花板，已经无法满足现在各类的电子设备，尤其是储能设备和电动汽车对于能量密度的需求，因此，发展更高能量密度的负极材料是当前的研究重点之一。硅作为锂离子电池的负极材料，由于其4200mah/g的高理论比容量，以及储存量丰富的优点，迅速进入到大家的眼前，被认为是最具有商业化前景的锂电池负极材料，同时成为了现阶段研究的重点。但是经过研究发现，在充放电循环过程中，硅颗粒体积会发生剧烈的膨胀收缩，体积膨胀可达到300%，导致硅颗粒的粉碎和sei膜的破裂，极大影响了电池的循环性能，从而影响了电池的使用性能。

2、为了综合石墨和硅材料的性能，开发了硅碳复合材料。目前的硅碳复合材料使用纳米硅、石墨、碳造粒形成的二次颗粒，但是由于纳米硅和石墨在粒径上存在2个数量级的差别，并且纳米硅较高的表面能易团聚，导致纳米硅和石墨难以均匀的分散，纳米硅会团聚在石墨的表面或者集中在一个位置，导致颗粒局部体积膨胀，石墨基材无法很好的吸收和缓解硅的膨胀，最终导致复合结构被破坏、崩解，纳米硅从石墨表面脱落，同时由于其负载量有限而且结构不稳定，导致循环倍率性能较差。因此，寻求一种可以提升负极材料的能量密度，有效抑制硅颗粒膨胀粉碎，保证硅碳材料结构稳定的锂电池负极材料的制备方法十分重要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，具体步骤如下：

2、1）将石墨粉末进行研磨、过筛，控制其粒径为5-30μm；

3、2）将步骤1）所得石墨粉与纳米硅粉按一定比例混合，均匀投入高速迁入设备机内，将纳米硅粉种植在石墨表面，得到前驱体；

4、3）将前驱体与无定形碳前驱体按一定比例混合，混合均匀后投入无定形碳碳包覆兼二次造粒设备，进行碳化热处理；

5、4）碳化热处理后冷却至室温，经过混合过筛，即可得到负极材料。

6、优选的，步骤1）中所述石墨为天然石墨、人工石墨、中间相碳微球中的一种或几种混合。

7、优选的，步骤2）中所述石墨粉与纳米硅粉的质量比例为70-97：3-30。

8、优选的，步骤2）中所述纳米硅粉为纳米硅、氧化亚硅、碳化硅中的一种或几种混合。

9、优选的，步骤3）中所述无定形碳前驱体为石油沥青、煤沥青、酚醛树脂、呋喃树脂中的一种或几种混合。

10、优选的，步骤3）中所述前驱体与无定形碳前驱体的质量比例为19：1。

11、优选的，步骤3）中所述碳化热处理升温速度为1-10℃/min ，热处理温度800-1200℃，优选热处理温度为900-1100℃，时间为1-15小时。

12、优选的，步骤4）中过筛后负极材料的尺寸为11-15μm。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、通过高速迁入设备机将纳米硅粉种植在石墨的表面，再经过无定形碳碳包覆兼二次造粒设备热处理碳化后，可以让纳米硅紧密的包覆在石墨颗粒表面，颗粒与颗粒之间完美的结合，让其具有完整地核壳结构，让纳米硅在快速充电下，不会因膨胀太大导致从石墨裂解或破裂，导致快充下循环寿命性能快速下降，能够完整的发挥快充特性，提升锂离子电池充放电性能。同时由于无定形碳具有层间距大，可以使锂离子的进出更为顺畅，更能方便锂离子进出，其对于电解液的反应更稳定，具有较好的充放电循环性能，能造成较高的充电电流下，保持循环稳定度及电容量保持率，其电容量保持率在300次充放电下可达到90%以上。

技术特征：

1.一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述石墨为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述石墨粉与纳米硅粉的质量比例为70-97：3-30。

4.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述纳米硅粉为纳米硅、氧化亚硅中的一种或几种混合。

5.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述无定形碳前驱体为石油沥青、煤沥青、酚醛树脂、呋喃树脂中的一种或几种混合。

6.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述前驱体与无定形碳前驱体的质量比例为19：1。

7.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述碳化热处理升温速度为1-10℃/min ，热处理温度为800-1200℃，优选热处理温度为900-1100℃，时间为1-15小时。

8.根据权利要求1所述的一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，其特征在于，步骤4）中过筛后负极材料的尺寸为11-15μm。

技术总结
本发明公开了一种硅碳复合石墨快充负极材料的制备方法，本发明属于复合材料技术领域，具体步骤如下：1）将石墨粉末进行研磨、过筛，控制其粒径为5‑30μm；2）将步骤1）所得石墨粉与纳米硅粉按一定比例混合，均匀投入高速迁入设备机内，将纳米硅粉种植在石墨表面，得到前驱体；3）将前驱体与无定形碳前驱体按一定比例混合，混合均匀后投入无定形碳碳包覆兼二次造粒设备，进行碳化热处理；4）碳化热处理后冷却至室温，经过混合过筛，即可得到负极材料。本发明可以提升负极材料的能量密度，有效抑制硅颗粒膨胀粉碎，保证硅碳材料结构稳定。

技术研发人员：周宪聪,吴玉祥
受保护的技术使用者：江西欣荣锂电材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15