一种乳化沥青包覆硅碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种乳化沥青包覆硅碳负极材料，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％。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种乳化沥青包覆硅碳负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种乳化沥青包覆硅碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于克服、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。本专利技术采用的技术方案是：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％。本专利技术的优点：本专利技术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专利技术作进一步说明。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4.7k本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种乳化沥青包覆硅碳负极材料，其特征在于：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％。/n

【技术特征摘要】
1.一种乳化沥青包覆硅碳负极材料，其特征在于：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％。


2.一种乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：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。


3.根据权利要求2所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1的沥青为煤制沥青或石油沥青。


4.根据权利要求2所述的乳化沥青包覆硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：施中新，胡胜初，张凯铭，圣开光，崔阳明，高鲲鹏，段永龙，蒋元旦，
申请(专利权)人：虎皇新材料科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32