一种锂离子电池用复合负极材料制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池用复合负极材料

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用复合负极材料、制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料制备领域，尤其涉及一种锂离子电池用复合负极材料
、
制备方法和锂离子电池
。

技术介绍

[0002]电动汽车以及大规模储能网络的发展对锂离子电池的性能
(
容量
、
循环
、
安全等
)
提出了更高的要求
。
目前商业化的石墨负极材料虽然拥有较好的首圈库伦效率和倍率性能，但是自身的比容量限制了它更好的发展
。
因此，寻找高容量
、
高循环稳定的负极材料成为现在研究的重点
。
[0003]硅材料因具有目前理论比容量最高，嵌锂平台合适
、
储存量大等特点，被认为是最具潜力的锂离子电池的负极材料
。
但是硅材料有以下缺点：材料在循环过程中较大体积膨胀，破坏电极结构，导致放电容量持续下降
。
如何有效改善以上问题成为人们研究的热点
。
为了解决以上问题，常规采用碳包覆的方式来改善，但由于硅膨胀巨大，效果有限
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种锂离子电池用复合负极材料
、
制备方法和锂离子电池，纳米硅颗粒插入膨胀石墨层中形成
Si@EG
，通过
60
Co
辐照源辐照形成
Si
‑
xSiO2@EG
，然后通过
CVD
方法在
Si
‑
xSiO2@EG
表面均匀包覆
C
层形成
Si
‑
xSiO2@EG@C
复合材料，通过
Si
表面形成
SiO2层减少体积膨胀并通过膨胀石墨层及碳包覆来约束其膨胀，该结构有效的缓解了
Si
材料的体积膨胀和导电性差的问题，使用该材料制备的锂离子电池表现出良好的电化学性能
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池用复合负极材料的制备方法，所述复合材料为
Si
‑
xSiO2@EG@C
，包括以下步骤：
[0007]S1、
在膨胀石石墨中加入水超声搅拌，然后依次加入有机硅和乙醇进行第一次反应，调节
pH
值进行第二次反应，得到第一前驱体
H2SiO3@EG
；
[0008]S2、
将所述第一前驱体和镁粉混合后在惰性气氛下进行煅烧处理，得到第二前驱体
Si@EG
；
[0009]S3、
将所述第二前驱体进行
60
Co
辐照源辐照，得到第三前驱体
Si
‑
xSiO2@EG
；
[0010]S4、
将所述第三前驱体在乙烯气氛中进行化学气相沉积，以进行碳包覆，得到所述锂离子电池用复合负极材料
。
[0011]上述的制备方法中，所述有机硅可为正硅酸乙酯
、
四氯化硅中的一种或多种，优选四氯化硅
。
[0012]上述的制备方法中，所述膨胀石墨
(Expanded Graphite
，简称
EG)
是由天然石墨鳞片经插层
、
水洗
、
干燥
、
高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质
。
其中，所述膨胀石墨的膨胀倍数一般为
100
～
300
倍
。
膨胀石墨可根据文献中公开的方法制备得到，也可从商业途
径购买得到
。
在本专利技术的具体实施例中，所述膨胀石墨是由青岛金日来石墨有限公司生产的膨胀石墨
。
[0013]上述的制备方法中，所述有机硅与所述膨胀石墨的摩尔比可为1：
(0.1
～
20)
，具体可为1：
(2
～
4)、1
：4或1：2，优选1：
(3
～
4)
，更优选1：4；
[0014]所述膨胀石墨与水的质量比可为
(1
～
20)
：
100
，具体可为
12
：
100
；
[0015]所述膨胀石墨与乙醇的比例可为
1mol
：
(0.2
～
20)mL
，具体可为
1mol
：
1mL。
[0016]所述乙醇为无水乙醇
。
[0017]上述的制备方法中，步骤
(1)
中所述反应的温度可为
40
～
100℃
，具体可为
80℃
，时间可为2～
8h
，具体可为
4h
；
[0018]所述第一次反应在搅拌条件下进行，搅拌转速为
500
～
1000r/min
，具体可为
500r/min、800r/min
或
1000r/min。
[0019]上述的制备方法中，所述调节
pH
值可为用氨水调节
pH
值至3～8，优选
pH
值为4～6，如
pH
值为5；
[0020]所述第二次反应的温度为
40
～
100℃
，具体可为
80℃
，时间为2～
12h
，具体可为
5h、6h、2h、4h
或
12h
；
[0021]所述第二次反应在搅拌条件下进行，搅拌转速为
500
～
1000r/min
，具体可为
500r/min、800r/min
或
1000r/min。
[0022]所述方法在步骤
(1)
中所述第二次反应后还包括依次进行过滤
、
洗涤和干燥的步骤
。
[0023]上述的制备方法中，所述第一前驱体和所述镁粉的质量比可为1：
(0.1
～
2)
，具体可为1：
(0.25
～
1)、1
：1或1：
0.25
；
[0024]所述煅烧处理可为先在
150
～
250℃℃
下预烧4～
8h
，再在
800
～
1200℃
下煅烧8～
24h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂离子电池用复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料为
Si
‑
xSiO2@EG@C
，包括以下步骤：
S1、
在膨胀石石墨中加入水超声搅拌，然后依次加入有机硅和乙醇进行第一次反应，调节
pH
值进行第二次反应，得到第一前驱体
H2SiO3@EG
；
S2、
将所述第一前驱体和镁粉混合后在惰性气氛下进行煅烧处理，得到第二前驱体
Si@EG
；
S3、
将所述第二前驱体进行
60
Co
辐照源辐照，得到第三前驱体
Si
‑
xSiO2@EG
；
S4、
将所述第三前驱体在乙烯气氛中进行化学气相沉积，以进行碳包覆，得到所述锂离子电池用复合负极材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机硅为正硅酸乙酯
、
四氯化硅中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机硅与所述膨胀石墨的摩尔比为1：
(0.1
～
20)
；所述膨胀石墨与水的质量比为
(1
～
20)
：
100
；所述膨胀石墨与乙醇的比例为
1mol
：
(0.2
～
20)mL。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤
(1)
中所述第一次反应的温度为
40
～
100℃
，时间为2～
8h
；所述第一次反应在搅拌条件下进行，搅拌转速为
500
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，鲁鹏，张小健，孙祥，王宇楠，袁孝峰，姚军，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：