高克容量、高首效硅碳锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及硅碳锂离子电池负极材料制备领域。
背景技术
随着锂离子电池在各个使用领域中的快速推广，对高能量密度、高功率密度的要求也日益凸显。目前已经商业化的锂离子电池的负极材料主要以石墨为主，但石墨材料理论容量太低仅为372mAh/g，已经不能满足锂离子电池发展的需要。硅的理论容量是4200mAh/g，并具备放电电压低、安全性好等优点，故硅碳负极材料的研究已成为电池材料研究中的一大热点。但在制备过程中纳米硅材料易团聚，进而造成容量损失和效率低下，电极难加工等问题，一次如何降低硅碳负极材料的纳米硅颗粒的团聚已成为业内研究的焦点。
发明内容
本发明提出一种高克容量、高首效硅碳锂离子电池负极材料的制备方法，此方法制备的硅碳负极材料具有高克容量、高首效的优点。
本发明的硅碳锂离子电池负极材料的制备方法如下：
1.本发明的硅碳锂离子电池负极材料的制备方法如下：
A:向锥形搅拌蒸干混料机中投入去离子水；
B:向A步骤的去离子水中加入石墨含量为0.1％～6.0％的十六烷基溴化铵，并搅拌0.5h～2h，搅拌转速为110～320r/min；
C:B步骤搅拌完毕后，加入石墨和硅，其中石墨和硅的质量比为1:1～5:1，并通入氮气，搅拌2～4h，转速110～320r/min；
D:关闭氮气，向C步骤混合物中加入纳米硅浆料，其中溶剂为酒精，固含量为6％～10％，硅的质量为6kg，
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的5～15％固体葡萄糖，通入氮气，转速110～320r/min，搅拌2～6h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为120℃～260℃，搅拌转速110～320r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为6～12L/min，升温至900～1100℃，升温速率为3～12℃/min；保温过程为氮气流速为4～8L/min,，保温时间为3～8h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的物料制成的扣电池在恒流0.1C下的充放电曲线；
图2是本发明实施例1所制备的物料的XRD图。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
图1是本发明实施例1所制备的物料制成的扣电池在恒流0.1C下的充放电曲线，由图1可知该物料的克容量为1350mAh/g，首效可达90.1％；
图2是本发明实施例1所制备的物料的XRD图，由图2可知该物料只有石墨和硅的衍射峰，说明在制备过程中，纳米硅未发生氧化；
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例2
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取18kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例3
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取540g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例4
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速250r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速250r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速250r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例5
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2.5h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例6
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的15％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例7
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为220℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例8
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至1000℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例9
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为3℃/min；保温过程为氮气流速为8L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V.
实施例10
一种锂离子电池用硅碳负极材料的制备方法，具体包括如下步骤：
A:称取48kg去离子水加锥形搅拌蒸干混料机；
B:称取18g十六烷基溴化铵加入锥形搅拌蒸干混料机，转速200r/min，搅拌0.5h；
C:称取12kg石墨加入B步骤的锥形搅拌蒸干混料机中，搅拌2h；
D:向C步骤混合物中加入固含量为10％的纳米硅溶液60kg，其中纳米硅的Dv50是60nm，有机溶剂为酒精，搅拌3h；
E：向D步骤的混合物加入硅和石墨质量的10％固体葡萄糖，通入氮气，转速200r/min，搅拌3h；
F：将E步骤的混合物通过加热蒸干，其中加热温度为240℃，搅拌转速转速200r/min；
G：将F步骤所得到的混合物在箱式炭化炉中焙烧，其中升温过程为氮气流速为12L/min，升温至900℃，升温速率为6℃/min；保温过程为氮气流速为4L/min,，保温时间为5h，降温过程为自然冷却，降温时氮气流速不变；
H:将F步骤所得物料前驱体过300目筛后得到锂离子电池用硅碳负极材料。
将所制得的硅碳负极材料与SP、SBR、CMC按照质量比70:10:10:10混合，用1-甲基-2-吡咯烷酮将此混合物混成浆料，均匀涂覆在铜箔上，70℃真空干燥24h，制得电池极片。再以锂片为对电极，摩尔浓度为1.1mol/L的LiPF6四组分混合溶剂(EC:DMC:VC:FEC＝1:1:1:1)为电解液，使用聚丙烯膜为隔膜，在真空手套箱中组装成CR2025型扣式半电池，并在恒流0.1C放电至5mV,再恒流0.02C放电至5mV,恒流0.1C充电至1.5V。
