一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114122373A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111360072.3(22)申请日2021.11.17(71)申请人内蒙古恒胜新能源科技有限公司地址012000内蒙古自治区乌兰察布市商都县七台镇工业园区(72)发明人莫海波耿彦华杨金星(74)专利代理机构北京细软智谷知识产权代理有限责任公司11471代理人王睿(51)Int.Cl.H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池(57)摘要本发明提供了一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法，通过对球形石墨尾料进行提纯和微插层处理，使天然石墨结构中形成一定的间隙，这种间隙能够使硅材料镶嵌其中并预留一定的缓冲空间。在锂离子电池充放电过程中，以天然球形石墨的片层结构为骨架，嵌入其中的硅微粉提供高的比容量。另外本发明还加入环氧树脂在球形石墨尾料和硅微粉形成的复合材料外形成包覆层，通过高温煅烧使包覆层炭化，使得石墨‑硅核心结构在电池极片制作过程中不被破坏，保证结构的稳定性。本发明还在复合材料制备过程中加入少量导电剂，如石墨烯或碳纳米管，它能够为硅的膨胀提供一定的缓冲空间，缓解材料在充放电过程中的体积效应，提高锂离子电池的容量和循环次数。CN114122373ACN114122373A权利要求书1/1页1.一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将球形石墨尾料加入到第一酸性水溶液中，浸泡后洗涤干燥，得到第一反应物；(2)将所述第一反应物加入到第二酸性水溶液中，浸泡后洗涤干燥，得到第二反应物；(3)将所述第二反应物与硅微粉和导电剂混合后进行研磨，得到第三反应物；(4)将所述第三反应物与环氧树脂混合后进行炭化处理，冷却后得到所述硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一酸性水溶液中含有质量浓度为10‑20％的HF和质量浓度为15‑20％的HCl。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述浸泡温度为60‑80℃，浸泡时间为5‑8小时。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第二酸性水溶液中含有质量浓度为20‑40％硫酸和质量浓度为10‑20％双氧水。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述浸泡温度为常温，浸泡时间为1‑3小时。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硅微粉的粒径为1‑10微米，所述导电剂为碳纳米管或石墨烯。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二反应物、硅微粉与导电剂的质量比为2:(0.1‑0.5):(0.02‑0.05)。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述第三反应物与环氧树脂的质量比为1:(0.1‑0.3)。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述炭化温度为1000‑1500℃，时间为2‑5小时，炭化在惰性气体氛围中进行。10.一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其特征在于，其中的负极极片含有权利要求1至9任一项所述方法制备的硅碳负极材料。2CN114122373A说明书1/5页一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法及锂离子电池技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种天然石墨硅碳负极材料的制备方法，以及含有该负极材料的锂离子电池。背景技术[0002]续航里程始终是购买新能源汽车时考虑的关键因素。新能源汽车的续航里程和动力电池的能量密度密切相关。电极材料的技术革新将推动动力电池能量密度的进一步提高。高能量密度锂离子二次电池对于缓解能源和环境危机具有重要意义。对电车而言，提升续航需要整车电耗低、电池包带电量大。再受限于体积、质量，通常也需要电池的质量/体积能量密度高。更高的正极比容量、更高的负极比容量和更高的电池电压(以及更少的辅助组元)，是高能量密度电池的理论实现路径。硅基材料理论比容量远超石墨，是目前公认的下一代锂离子电池负极材料。[0003]硅材料拥有较低的平台电位，其理论质量比容量和体积比容量分别达到4,200mAh/g和9,786mAh/cm3，是石墨材料的11倍有余。因此，硅被视作下一代高密度锂离子电池的负极体系，多年来始终受到学术界和产业界的关注。然而，囿于硅的一些理化特性，硅负极产业化应用的进展幅度较慢。与石墨的插层机理不同，硅晶体呈现共价四面体的三维体相结构，通过与锂形成Li‑Si合金的形式进行充放电。Li‑Si合金的体积膨胀率高达320％，强大的应力将造成硅颗粒