一種基于SiC的負極材料及鋰離子電池制造技術

本發明專利技術公開了一種基于SiC的負極材料及鋰離子電池。所述負極材料制備方法包括如下步驟：S1.利用氣相合成法制備尺寸在50～100納米范圍內的硅納米顆粒；S2.將硅納米顆粒與一定比例的石墨混勻，球磨制備Si/C復合物；S3.采用噴霧干燥法制備球形或近球形的酚醛樹脂包覆Si/C復合材料的前驅體；S4.對S3的前驅體進行高溫焙燒，得到核殼結構的碳包覆SiC負極材料。本發明專利技術碳包覆Si的“殼?核”結構有效抑制了Si金屬在嵌鋰過程中的膨脹，改善了鋰離子電池的循環性能。在混漿工序中，加入人造石墨，改善電池循環性能；所述導電膠具有一定的柔韌性，可以進一步吸收Si金屬膨脹產生的應力，改善電池循環性能；電解液中增加VC的含量，有利于改善電池的首次效率和循環性能。

A SiC-based Anode Material and Lithium Ion Battery

The invention discloses a negative electrode material based on SiC and a lithium ion battery. The preparation method of the negative electrode material comprises the following steps: S1. uses the gas phase synthesis method to prepare silicon nanoparticles with a size of 50~100 nm; S2. compacts the silicon nanoparticles with a certain proportion of graphite, and makes Si/C composite by ball milling; S3. uses spray drying method to prepare spherical or near spherical phenolic resin coated Si/C composite precursors; and S4. conducts high-temperature on the precursor of S3. Carbon-coated SiC anode materials with core-shell structure were obtained by calcination. The \shell core\ structure of the carbon-coated Si effectively suppresses the expansion of the Si metal in the process of lithium intercalation and improves the cycle performance of the lithium-ion battery. In the slurry mixing process, artificial graphite is added to improve the cycle performance of the battery; the conductive adhesive has certain flexibility, which can further absorb the stress caused by the expansion of Si metal and improve the cycle performance of the battery; increasing the content of VC in the electrolyte is beneficial to improving the first efficiency and cycle performance of the battery.

【技術實現步驟摘要】
一種基于SiC的負極材料及鋰離子電池
本專利技術屬于聚合物鋰離子電池，更具體地，涉及一種基于SiC的負極材料及鋰離子電池。
技術介紹
隨著各種便攜式電子設備和電動汽車的廣泛應用及快速發展，對其動力系統——化學電源的需求和性能要求急劇增長，鋰離子電池以其比能量大、工作電壓高、自放電率小等優勢廣泛應用于移動電子終端設備領域，并且隨著對高能電源需求的增長，使得鋰離子電池向著更高能量密度的方向發展。目前商品化的鋰離子電池大多采用鈷酸鋰/石墨體系，由于該體系電極本身較低的理論容量，通過改進電池制備工藝來提高電池性能已難以取得突破性進展。一般來說，鋰離子電池的總比容量是由正極材料的比容量、負極材料的比容量及電池的其它組分決定的，其中正、負極材料的比容量是提高鋰離子電池總比容量的關鍵。因此，應用新型高比容量的鋰離子電池電極材料開發高比能量電池系統的任務極具迫切性。研究表明，當負極材料的比容量在1000～1200mAh/g時可以顯著提高鋰離子電池的總比容量。理論上在室溫下能夠與鋰形成合金的元素，包括Mg、Al、Si、Sn、Sb等，都可以作為鋰離子電池的負極材料。在這些體系中，Si因具有極高的理論儲鋰容量、低嵌鋰電位而備受矚目。對于Li-Si二元體系，每個硅原子最多可以結合4.4個鋰原子形成Li22Si5合金，嵌鋰容量為4200mAh/g，在室溫下對于塊體Si，Li15Si4是其最高嵌鋰相，相應的比容量為3579mAh/g。但是，Si基材料在脫、嵌鋰循環過程中要經歷嚴重的體積膨脹和收縮(體積變化率:280％～300％)，造成材料結構的破壞和機械粉化，導致電極材料間及電極材料與集流體的分離，進而失去電接觸，致使容量迅速衰減。
技術實現思路
針對上述現有技術中的不足，本專利技術提供了一種基于SiC的負極材料及鋰離子電池，從SiC負極材料的優化研究和SiC材料的應用工藝研究兩方面來提高電池系統的能量密度。本專利技術的上述目的是通過以下技術方案予以實現的。一種基于SiC的負極材料，其制備方法包括如下步驟：S1.利用氣相合成法制備尺寸在50～100納米范圍內的硅納米顆粒；S2.將硅納米顆粒與一定比例的石墨混勻，球磨制備Si/C復合物；S3.采用噴霧干燥法制備球形或近球形的酚醛樹脂包覆Si/C復合材料的前驅體；S4.對S3的前驅體進行高溫焙燒，得到核殼結構的碳包覆SiC負極材料。優選地，步驟S2所述硅納米顆粒與石墨的摩爾比例為1.2～1.5:1。優選地，步驟S4所述高溫焙燒的時間為1～2h。本專利技術還提供一種鋰離子電池，包含所述的負極材料。優選地，在負極混漿過程中，在所述SiC負極材料中加入人造石墨，所述人造石墨的比例為40～60％；在SiC負極材料涂覆之前，首先在負極基體銅箔表面涂覆一層3～5μm厚度的導電膠，所述導電膠由PVDF、CNTs和NMP以一定比例混合而成。優選地，在電解液體系中，VC的含量添加1.0～2.0％。與現有技術相比，本專利技術有益效果在于：(1)碳包覆Si的“殼-核”結構有效抑制了Si金屬在嵌鋰過程中的膨脹，改善了鋰離子電池的循環性能。(2)在混漿工序中，加入人造石墨，石墨潤滑的特性可以吸收Si金屬膨脹過程中產生的應力，改善電池循環性能。(3)在負極銅箔基體與SiC復合材料之間涂覆一層導電膠，導電膠具有一定的柔韌性，可以進一步吸收Si金屬膨脹產生的應力，改善電池循環性能。(4)在電解液中增加VC的含量，使負極表面SEI更加穩定，其彈性不易碎的結構特點有利于改善電池的首次效率和循環性能。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。除非特別說明，本專利技術采用的試劑、方法和設備為本
常規試劑、方法和設備。以下以具體實施條件為例對本專利技術方法進行進一步說明。實施例1一種基于SiC的負極材料，其制備方法包括如下步驟：S1.利用氣相合成法制備尺寸在50～100納米范圍內的硅納米顆粒；S2.將硅納米顆粒與石墨按1.2～1.5:1的摩爾比混勻，球磨制備Si/C復合物；S3.采用噴霧干燥法制備球形或近球形的酚醛樹脂包覆Si/C復合材料的前驅體；S4.對S3的前驅體進行高溫焙燒1～2h，得到核殼結構的碳包覆SiC負極材料。碳包覆Si的“殼-核”結構有效抑制了Si金屬在嵌鋰過程中的膨脹，改善了鋰離子電池的循環性能，其循環性能相比普通的負極材料提高了10％以上。實施例2本專利技術還提供一種鋰離子電池，包含所述的負極材料。在負極混漿過程中，在所述SiC負極材料中加入人造石墨，所述人造石墨的比例為40～60％；在SiC負極材料涂覆之前，首先在負極基體銅箔表面涂覆一層3～5μm厚度的導電膠，所述導電膠由PVDF、CNTs和NMP以一定比例混合而成；在電解液體系中，VC的含量添加1.0～2.0％。在混漿工序中，加入人造石墨，石墨潤滑的的特性可以吸收Si金屬膨脹過程中產生的應力，改善電池循環性能；在負極銅箔基體與Si/C符合材料之間涂覆一層導電膠，導電膠具有一定的柔韌性，可以進一步吸收Si金屬膨脹產生的應力，改善電池循環性能；在電解液中增加VC的含量，使負極表面SEI更加穩定，其彈性不易碎的結構特點有利于改善電池的首次效率和循環性能。對比例1本對比例與實施例2的區別在于，所述人造石墨的比例為30％。其他參數均不變。經測試，本對比例制得的鋰離子電池的循環性能比實施例2低10～15％。申請人聲明，本專利技術通過上述實例來說明的詳細方法，但本專利技術并不局限于上述詳細方法，即不意味著本專利技術必須依賴上述詳細方法才能實施。所屬
的技術人員應該明了，對本專利技術的任何改進，對本專利技術的等效替換以及具體方式的選擇等，均落在本專利技術的保護范圍和公開范圍之內。以上詳細描述了本專利技術的實施，但是，本專利技術并不限于上述實施方式中的具體細節，在本專利技術的技術構思范圍內，可以對本專利技術的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于SiC的負極材料，其特征在于，其制備方法包括如下步驟：S1.?利用氣相合成法制備尺寸在50~100納米范圍內的硅納米顆粒；S2.?將硅納米顆粒與一定比例的石墨混勻，球磨制備Si/C復合物；S3.?采用噴霧干燥法制備球形或近球形的酚醛樹脂包覆Si/C復合材料的前驅體；S4.?對S3的前驅體進行高溫焙燒，得到核殼結構的碳包覆SiC負極材料。

【技術特征摘要】
1.一種基于SiC的負極材料，其特征在于，其制備方法包括如下步驟：S1.利用氣相合成法制備尺寸在50~100納米范圍內的硅納米顆粒；S2.將硅納米顆粒與一定比例的石墨混勻，球磨制備Si/C復合物；S3.采用噴霧干燥法制備球形或近球形的酚醛樹脂包覆Si/C復合材料的前驅體；S4.對S3的前驅體進行高溫焙燒，得到核殼結構的碳包覆SiC負極材料。2.根據權利要求1所述的一種基于SiC的負極材料，其特征在于，步驟S2所述硅納米顆粒與石墨的摩爾比例為1.2~1.5:1。3.根據權利要求1所述的一種基于Si...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何彬，湯小龍，
申請(專利權)人：東莞市三臻科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44