表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114744178A(43)申请公布日2022.07.12(21)申请号202210473280.2H01M4/587(2010.01)(22)申请日2022.04.29H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)(71)申请人中国有色桂林矿产地质研究院有限公司地址541004广西壮族自治区桂林市七星区辅星路9号(72)发明人刘文平秦海青雷晓旭卢安军张振军莫祖学唐慧杰蒙光海(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465专利代理师李冉(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅-石墨复合负极材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料及其制备方法，主要由以下组份按照质量百分比制备而成：4～10wt.％的偏磷酸铝、10wt.％的沥青裂解碳、15wt.％的球形纳米硅粉和71‑65wt.％的石墨粉；通过将纳米硅粉加入去离子水中超声分散，随后加入石墨粉超声搅拌均匀，然后加入水性沥青，搅拌混合均匀以后，进行喷雾干燥，将干燥以后的粉末与偏磷酸盐复合进行机械融合，最后转入真空炉中高温碳化，即得。本发明公开了一种具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料，表面存在的复合修饰层可以很好的抑制电解液对纳米硅材料的腐蚀，缓解体积膨胀，提升导电性，增加循环寿命。CN114744178ACN114744178A权利要求书1/1页1.一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料，其特征在于，所述负极材料主要由以下组份按照质量百分比制备而成：偏磷酸铝4～10wt.％、沥青裂解碳10wt.％、球形纳米硅粉15wt.％和石墨粉71‑65wt.％。2.一种如权利要求1所述的表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)按配方称纳米硅粉加入到去离子水中并超声搅拌分散，得到纳米硅粉分散液；2)将步骤1)的悬浮液高速搅拌，先根据配方比例加入石墨粉，搅拌混合一定时间后加入水性沥青，高速搅拌均匀，同时加入去离子水控制悬浮液的固含量在10～15wt.％的范围内；3)将步骤2)的悬浮液再用喷雾干燥机进行喷雾干燥，得到干燥粉末；4)按配方比例称偏磷酸铝粉末，加入到步骤3)的干燥粉末中，混合均匀后，加入到机械融合机中进行融合，得到表面包覆一层沥青和偏磷酸铝修饰的前驱体；5)将步骤4)中的前驱体转入至真空炉中高温碳化，然后取出破碎过筛，得到表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料。3.根据权利要求2所述的一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，喷雾进口温度为200‑220℃，进料量在20‑30kg/h。4.根据权利要求2所述的一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤5)中，高温碳化温度为800‑1200℃，碳化时间为3‑6h。2CN114744178A说明书1/6页表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及电化学电源技术领域，具体涉及一种表面具有碳包覆和偏磷酸铝复合修饰层的纳米硅‑石墨复合负极材料及其制备方法。背景技术[0002]硅通过与锂形成锂硅合金的方式来嵌锂，在嵌锂过程中伴随有巨大的体积膨胀，脱锂去合金化过程中又伴随着剧烈的体积收缩，这种体积变化高达300％，极易造成硅材料粉化，严重影响循环稳定性。通过制备合适粒度的纳米硅粉，可以有效解决硅材料在电化学循环过程中的颗粒粉化，但是纳米硅材料嵌锂以后巨大的体积变化效应仍然存在，电极经过反复的体积膨胀和收缩，颗粒仍然会失去电接触和粉化，造成容量损失，引起循环寿命衰减。以现有的成熟的商业化石墨类负极材料为基础骨架复合纳米硅材料，来弥补硅基材料的固有缺点，获得比容量和循环寿命满足锂离子电池负极材料需求的新型复合负极材料，不失为一种有效可行的低成本化方法。[0003]但是纳米硅跟石墨复合以后，两者的脱嵌锂膨胀收缩率不一致，容易导致纳米硅颗粒失去电接触，造成容量损失，同时表面形成的SEI膜不稳定，不断消耗电解液，是电池的锂离子传输受阻，从而引起材料循环寿命下降。再者，现阶段主要通过将硅材料纳米化，并和其他材料复合来提升循环寿命。但是硅材料纳米化以后比表面积大，表面容易受到电解液的侵蚀，且虽然硅材料纳米化以后嵌锂膨胀仍然存在，因此需要进一步进行表面修饰。本