CN104425806A - 一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池,该制备方法包括以下步骤:(1)将铝与氧化亚硅混合,其中,氧化亚硅的质量多于铝的质量,得到混合物;(2)将混合物在惰性气氛或者真空条件下,在900~1150℃下灼烧2~12小时,得到锂离子电池负极材料。该方法通过在原料氧化亚硅中添加原料铝,原料铝与氧化亚硅反应不仅降低了最终得到的负极材料中的活性氧的含量,而且使得生成的负极材料中还包括氧化铝。负极材料中的活性氧的含量降低,大大提高了负极材料的充放电首次效率,负极材料的比容量大大提高,且负极材料中的氧化铝可以缓解负极材料中的硅的体积膨胀,从而降低了整个负极材料的体积效应。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
随着电子设备的快速发展,小型化、多功能化和高性能化对电池比能量要求不断提高,再加上目前商业化负极材料石墨的容量已经接近372mAh/g的理论,为了寻求更高比容量的负极材料,人们把目光投向更高比容量的硅、锡和铝等能与锂电化学合金化的金属。该类负极材料理论嵌脱锂的比容量远大于石墨,其中纯硅的理论嵌锂容量达4200mAh/g。但是其在嵌脱锂的过程中要经历严重的体积膨胀和收缩,体积膨胀率>300%,造成在充放电过程中材料的粉化、脱落,从而导致循环性能的衰退。
为改善其循环性能,目前采用的制备方法是将硅基材料分散到其它非活性材料中形成均匀的复合材料,非活性材料为不定形碳,其中包含有机物高温碳化所得的碳,水热反应得到的不定型碳,如CN1903793公开的纳米碳硅复合材料中的碳,非活性材料虽然使材料循环性能得到了很大的改善,但是由于不定型碳比表面积大活性较高,嵌锂过程中形成SEI膜,从而导致锂消耗严重,首次不可逆容量高。因此,开发一种既能抑制硅的体积效应又能减少首次不可逆容量的简单制备工艺,是制备高容量硅基负极材料领域要解决的难题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池,该制备方法得到的负极材料既能抑制硅的体积效应,又提高了负极材料的首次效率。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝与氧化亚硅混合,其中,所述氧化亚硅的质量多于所述铝的质量,得到混合物;
(2)将所述混合物在惰性气氛或者真空条件下,在900~1150℃下灼烧2~12小时,得到锂离子电池负极材料。
优选的是,所述步骤(1)中的所述氧化亚硅与所述铝的质量比为(2.2~10):1。步骤(1)中的铝的作用主要是减少最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的量,活性氧主要存在于氧化亚硅以及二氧化硅中的硅氧键中。如果加入的铝的量过少的话,则没有充分起到降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的首次效率;如果加入的铝的量过多的话,最终锂离子负极材料中的氧化铝过多,则会降低锂离子负极材料的导电性。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为(2.2~10):1时,不仅铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的首次效率;而且,最终制得的锂离子负极材料的导电性能良好。
优选的是,所述铝的粒径为1~10μm,所述氧化亚硅的粒径为5~75μm。
优选的是,所述步骤(2)的具体过程为:在所述900~1150℃灼烧前,还包括在660~760℃下灼烧1~3小时。在660~760℃下,氧化亚硅并不会发生歧化反应,而该温度到达了铝的熔点范围,在此温度下,铝能够熔化并均匀的分散与氧化亚硅接触更加充分,以有利于铝能够充分的与氧化亚硅中的活性氧发生反应,也有利于铝与后续氧化亚硅发生歧化反应生成的二氧化硅中的活性氧发生反应。
优选的是,所述步骤(1)中的混合过程还包括加入石墨的混合,所述混合物还包括所述石墨。
优选的是,所述步骤(1)的混合过程具体为:将所述铝、所述氧化亚硅、所述石墨通过球磨的方式混合。
优选的是,所述石墨的粒径为5~25μm。
优选的是,所述石墨为天然石墨、人造石墨、膨胀石墨中的一种或几种。
优选的是,所述石墨占所述石墨、所述铝、所述氧化亚硅总质量的25~90%。
本发明还提供一种锂离子电池负极材料,其由上述的方法制备。
本发明还提供一种锂离子电池,其负极包括上述的锂离子电池负极材料。
本发明的锂离子电池负极材料的制备方法中通过在原料氧化亚硅中再添加原料铝,这样原料铝与氧化亚硅反应,不仅降低了最终得到的负极材料中的活性氧的含量,而且使得生成的负极材料中还包括氧化铝。负极材料中的活性氧的含量降低,从而大大提高了负极材料充放电的首次效率,而负极材料中的氧化铝可以起到缓解负极材料中的硅的体积膨胀的作用,从而降低了整个负极材料的体积效应。
附图说明
图1为本发明实施例10所制备的锂离子电池负极材料制成的锂离子电池的充放电循环性能曲线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉与氧化亚硅混合,其中,铝粉的粒径为5μm,氧化亚硅的粒径为75μm,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为1.2:1。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为1.2:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,以6℃/min的升温速度升温到900℃,灼烧6小时,得到锂离子电池负极材料。
当使用氧化亚硅为原料时,在高温下,氧化亚硅发生歧化反应生成硅和二氧化硅的混合物,该混合物可以直接作为负极材料,二氧化硅可以缓解硅的体积膨胀。但是,氧化亚硅在高温歧化反应中并不会完全反应,未反应的氧化亚硅及二氧化硅中存在着大量的活性氧,当将上述硅和二氧化硅的混合物直接作为负极材料时,由于混合物中还包括未反应的氧化亚硅及二氧化硅,在充电过程中,氧化亚硅及二氧化硅中的活性氧会与嵌入到负极材料中的锂发生反应生成氧化锂,从而使得负极材料的可逆比容量大大降低。
本实施例中,通过将铝粉与氧化亚硅混合作为原料,在高温下,氧化亚硅发生歧化反应生成硅和二氧化硅的混合物,未发生歧化反应的氧化亚硅及反应生成二氧化硅中的大量的活性氧会与铝粉反应生成硅和氧化铝,最后得到的负极材料中包括硅、二氧化硅和氧化铝。该制备方法中通过在原料氧化亚硅中再添加原料铝粉,这样原料铝粉与氧化亚硅反应,不仅降低了最终得到的负极材料中的活性氧的含量,而且使得生成的负极材料中还包括氧化铝。负极材料中的活性氧的含量降低,从而大大提高了负极材料的充放电的首次效率,而负极材料中的氧化铝可以在一定程度上起到缓解负极材料中的硅的体积膨胀的作用,从而降低了整个负极材料的体积效应。
该制备方法中,原料铝粉与原料氧化亚硅的反应条件比较温和,该反应条件安全可控,该方法简单,非常实用,适合工业化生产。
电池的制作方法:将本实施例制备的锂离子电池负极材料与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按照质量比75∶10∶15混合均匀,然后用NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)将此混合物调制成浆料,均匀涂覆于铜箔上,放入烘箱中,在80℃烘干2小时,取出切成极片,80℃真空干燥24小时,进行压片,80℃真空干燥12小时,制得实验电池用极片。以锂片作为对电极,电解液为1.0mol/L的LiPF6的EC(乙基碳酸酯)和DMC(二甲基碳酸酯)(体积比1∶1)溶液,隔膜为celgard2400膜,在充满氩气气氛的手套箱内装配成CR2025型扣式电池。
对上述电池进行充放电循环性能测试:充放电截至电压为0.01~1.5V,充放电电流均为0.1C的条件下(其中1C=700mA/g,根据理论设计容量设置测试程序,再由首次充放电测试结果得到材料1C的值),测得该材料的首次效率为96.1%,首次嵌锂比容量达到了1733.67mAh/g。
实施例2
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉与氧化亚硅混合,其中,铝粉的粒径为10μm,氧化亚硅的粒径为30μm,并放入行星球磨机中在300rmp转速下球磨8h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为1.7:1。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为1.7:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到真空条件的高温炉中,以4℃/min的升温速度升温到1000℃,灼烧10小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为94.3%,首次嵌锂比容量达到了1864.32mAh/g。
实施例3
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉与氧化亚硅混合,其中,铝粉的粒径为1μm,氧化亚硅的粒径为5μm,并放入行星球磨机中在500rmp转速下球磨4h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为2.2:1。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为2.2:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以5℃/min的升温速度,从室温升温到710℃,灼烧3小时;第二阶段:以5℃/min的升温速度,继续升温到1150℃,灼烧2小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为91.2%,首次嵌锂比容量达到了1943.57mAh/g。
实施例4
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉与氧化亚硅混合,其中,铝粉的粒径为10μm,氧化亚硅的粒径为20μm,并放入行星球磨机中在200rmp转速下球磨16h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为6:1。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为6:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到真空条件的高温炉中,第一阶段:以4℃/min的升温速度,从室温升温到760℃,灼烧1小时;第二阶段:以8℃/min的升温速度,继续升温到900℃,灼烧7小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为83.2%,首次嵌锂比容量达到了2153.27mAh/g。
实施例5
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉与氧化亚硅混合,其中,铝粉的粒径为5μm,氧化亚硅的粒径为60μm,并放入行星球磨机中在300rmp转速下球磨12h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为10:1。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为10:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以3℃/min的升温速度,从室温升温到660℃,灼烧2小时;第二阶段:以6℃/min的升温速度,继续升温到1000℃,灼烧12小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为78.8%,首次嵌锂比容量达到了2396.38mAh/g。
实施例6
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅与石墨混合,其中,铝粉的粒径为3μm,氧化亚硅的粒径为50μm,石墨的粒径为5μm,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为4:1,石墨占石墨、铝粉、氧化亚硅总质量的25%。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为4:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,以8℃/min的升温速度加热到1150℃,灼烧2小时,得到锂离子电池负极材料。
本实施例中,通过将铝粉、氧化亚硅、石墨混合作为原料,在高温下,氧化亚硅发生歧化反应生成硅和二氧化硅的混合物,未发生歧化反应的氧化亚硅和生成的二氧化硅中的大量的活性氧会与铝粉反应生成硅和氧化铝,最后得到的负极材料中包括硅、二氧化硅、氧化铝和石墨。在步骤(1)中就添加石墨与铝粉、氧化亚硅同时混合,虽然石墨在上述步骤(2)的高温过程中并没有反应,但是在石墨与在该高温过程中反应的原料以及产物都会很好的混合,从而使得石墨在最终的锂离子负极材料中混合均匀。石墨不仅可以缓解最终制得的锂离子电池负极材料的体积膨胀,而且可以提高整个锂离子电池负极材料的导电性。
该制备方法中通过在原料氧化亚硅中再添加原料铝粉,这样原料铝粉与氧化亚硅反应,不仅降低了最终得到的负极材料中的活性氧的含量,而且使得生成的负极材料中还包括氧化铝。负极材料中的活性氧的含量降低,从而大大提高了负极材料的充放电的首次效率,负极材料的比容量得到提高,而负极材料中的氧化铝可以在一定程度上起到缓解负极材料中的硅的体积膨胀的作用,从而降低了整个负极材料的体积效应。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为80.85%,可逆比容量达到了749.61mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在650.14mAh/g,该电池的循环稳定性好。
实施例7
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅与人造石墨混合,其中,铝粉的粒径为4μm,氧化亚硅的粒径为75μm,人造石墨的粒径为25μm,并放入行星球磨机中在400rmp转速下球磨10h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为10:1,人造石墨占人造石墨、铝粉、氧化亚硅总质量的90%。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为10:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,从而提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以4℃/min的升温速度,从室温升温到700℃,灼烧1小时;第二阶段:以4℃/min的升温速度,继续升温到950℃,灼烧12小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为76.63%,可逆比容量达到了386.94mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在378.66mAh/g,该电池的循环稳定性好。
实施例8
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅、天然石墨、膨胀石墨混合,其中,铝粉的粒径为1μm,氧化亚硅的粒径为40μm,天然石墨的粒径为20μm,膨胀石墨的粒径为15μm,其中,天然石墨和膨胀石墨的质量比为1:1,并放入行星球磨机中在300rmp转速下球磨16h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为8:1,天然石墨和膨胀石墨的质量和占天然石墨、膨胀石墨、铝粉、氧化亚硅总质量的80%。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为8:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以3℃/min的升温速度,从室温升温到720℃,灼烧2小时;第二阶段:以6℃/min的升温速度,继续升温到1100℃,灼烧8小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为78.63%,可逆比容量达到了451.36mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在434.75mAh/g,该电池的循环稳定性好。
实施例9
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅与天然石墨混合,其中,铝粉的粒径为6μm,氧化亚硅的粒径为5μm,天然石墨的粒径为15μm,并放入行星球磨机中在200rmp转速下球磨4h,得到混合物,该混合物中包括氧化亚硅和铝粉,其中,氧化亚硅与铝粉的质量比为2.2:1,天然石墨占天然石墨、铝粉、氧化亚硅总质量的60%。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为2.2:1时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以5℃/min的升温速度,从室温升温到680℃,灼烧3小时;第二阶段:以8℃/min的升温速度,继续升温到900℃,灼烧9小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为94.68%,可逆比容量达到了492.69mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在444.21mAh/g,该电池的循环稳定性好。
实施例10
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅与膨胀石墨混合,其中,铝粉的粒径为5μm,氧化亚硅的粒径为75μm,膨胀石墨的粒径为35μm,并放入行星球磨机中在300rmp转速下球磨8h,得到混合物(其中,铝粉12份、氧化亚硅50份、膨胀石墨38份)。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为50:12时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,从而提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以5℃/min的升温速度,从室温升温到660℃,灼烧1小时;第二阶段:以5℃/min的升温速度,继续升温到1050℃,灼烧4小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,如图1所示,本实施例制得的材料的首次效率为83.6%,可逆比容量达到了678.56mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在615.39mAh/g,该电池的循环稳定性好。
对比例1
本对比例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将氧化亚硅与膨胀石墨混合,其中,氧化亚硅的粒径为75μm,膨胀石墨的粒径为35μm,并放入行星球磨机中在300rmp转速下球磨8h,得到混合物(其中,氧化亚硅50份、膨胀石墨50份)。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,以5℃/min的升温速度,从室温升温到1050℃,灼烧4小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本对比例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本对比例制得的材料的首次效率为67.2%,可逆比容量达到了792.64mAh/g,100次循环后可逆比容量为736.86mAh/g,该电池的首次效率相对于实施例10中的电池的首次效率大大降低。
实施例11
本实施例提供一种锂离子电池负极材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铝粉、氧化亚硅、天然石墨和膨胀石墨混合,其中,铝粉的粒径为8μm,氧化亚硅的粒径为25μm,天然石墨的粒径为10μm,膨胀石墨的粒径为15μm,并放入行星球磨机中在400rmp转速下球磨12h,得到混合物(其中,铝粉9份、氧化亚硅20份、天然石墨50份、膨胀石墨21份)。当所述氧化亚硅与所述铝的质量比为20:9时,铝起到了充分降低最终制得的锂离子负极材料中的活性氧的目的,从而提高锂离子负极材料的充放电的首次效率。
(2)将步骤(1)中得到的混合物放入到惰性气氛的高温炉中,第一阶段:以5℃/min的升温速度,从室温升温到760℃,灼烧1小时;第二阶段:以5℃/min的升温速度,从室温升温到900℃,灼烧12小时,得到锂离子电池负极材料。
按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的锂离子电池负极材料制成扣式电池,并按照实施例1同样的扣式电池测试方法,本实施例制得的材料的首次效率为93.1%,可逆比容量达到了463.85.94mAh/g,100次循环后可逆比容量仍然保持在425.92mAh/g,该电池的循环稳定性好。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将铝与氧化亚硅混合,其中,所述氧化亚硅的质量多于所述铝的质量,得到混合物;
(2)将所述混合物在惰性气氛或者真空条件下,在900~1150℃下灼烧2~12小时,得到锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的所述氧化亚硅与所述铝的质量比为(2.2~10):1。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述铝的粒径为1~10μm,所述氧化亚硅的粒径为5~75μm。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)的具体过程为:在所述900~1150℃灼烧前,还包括在660~760℃下灼烧1~3小时。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中的混合过程还包括加入石墨的混合,所述混合物还包括所述石墨。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)的混合过程具体为:将所述铝、所述氧化亚硅、所述石墨通过球磨的方式混合。
7.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨的粒径为5~25μm。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨为天然石墨、人造石墨、膨胀石墨中的一种或几种。
9.根据权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨占所述石墨、所述铝、所述氧化亚硅总质量的25~90%。
10.一种锂离子电池负极材料,其特征在于,其由权利要求1~9任意一项所述的方法制备。
11.一种锂离子电池,其特征在于,其负极包括权利要求10所述的锂离子电池负极材料。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105958023A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-21 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种氧化铝包覆硅负极材料的制备方法 |
CN106450161A (zh) * | 2015-08-07 | 2017-02-22 | Oci有限公司 | 二次电池用负极及其制备方法 |
CN108336312A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-07-27 | 中天储能科技有限公司 | 一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法 |
CN108807870A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-13 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 一种锂离子负极高容量复合材料的制备方法 |
CN110265641A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 李道勤 | 一种锂离子电池用新型负极材料 |
CN111384378A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 上海杉杉科技有限公司 | 硅碳负极材料及其制备方法、应用和制得的锂离子电池 |
CN111438364A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 广东凯金新能源科技股份有限公司 | 一种高首效硅基复合材料及其制备方法 |
CN112652744A (zh) * | 2019-10-12 | 2021-04-13 | 江苏天奈科技股份有限公司 | 一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法及锂电池 |
CN113437274A (zh) * | 2017-12-12 | 2021-09-24 | 贝特瑞新材料集团股份有限公司 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
CN113548671A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-10-26 | 贝特瑞(江苏)新能源材料有限公司 | 负极材料及其制备方法、负极极片以及锂离子电池 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1909266A (zh) * | 2006-07-13 | 2007-02-07 | 上海交通大学 | 一种锂离子电池用复合负极材料的制备方法 |
-
2013
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Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1909266A (zh) * | 2006-07-13 | 2007-02-07 | 上海交通大学 | 一种锂离子电池用复合负极材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
徐欣欣等: "硅基复合材料的电化学特性", 《电化学》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106450161A (zh) * | 2015-08-07 | 2017-02-22 | Oci有限公司 | 二次电池用负极及其制备方法 |
CN106450161B (zh) * | 2015-08-07 | 2021-10-29 | Oci有限公司 | 二次电池用负极及其制备方法 |
CN105958023A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-21 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种氧化铝包覆硅负极材料的制备方法 |
CN105958023B (zh) * | 2016-06-07 | 2018-12-04 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种氧化铝包覆硅负极材料的制备方法 |
CN108336312A (zh) * | 2017-08-16 | 2018-07-27 | 中天储能科技有限公司 | 一种高首效长寿命的硅碳负极材料制备方法 |
CN113437274A (zh) * | 2017-12-12 | 2021-09-24 | 贝特瑞新材料集团股份有限公司 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
CN108807870A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-13 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 一种锂离子负极高容量复合材料的制备方法 |
CN111384378A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 上海杉杉科技有限公司 | 硅碳负极材料及其制备方法、应用和制得的锂离子电池 |
CN110265641A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-20 | 李道勤 | 一种锂离子电池用新型负极材料 |
CN112652744A (zh) * | 2019-10-12 | 2021-04-13 | 江苏天奈科技股份有限公司 | 一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法及锂电池 |
CN111438364A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 广东凯金新能源科技股份有限公司 | 一种高首效硅基复合材料及其制备方法 |
CN113548671A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-10-26 | 贝特瑞(江苏)新能源材料有限公司 | 负极材料及其制备方法、负极极片以及锂离子电池 |
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