CN108808005A - 一种利用煅烧混合物制备锂电池负极材料添加剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了煅烧一种混合物(此混合物含有硅粉和有机硅化物)制备锂电池负极材料添加剂的方法，制备过程包括：选取二甲基硅油、四氯化硅、三甲基硅醇、粒径在1‑500μm的硅粉、中的几种为原材料。称取物质置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在500～800℃下煅烧1～3h。将煅烧后的物质研磨均匀，得到的样品作为添加剂。本发明所制备的添加剂加入石墨中后，与原来相比，电池的放电比容量提高30％左右，并且有较好的循环稳定性。

Description

一种利用煅烧混合物制备锂电池负极材料添加剂的方法
技术领域
本发明涉及一种利用煅烧混合物(此混合物含有硅粉和有机硅化物)以制备锂电池负极材料添加剂的方法，属于能源材料技术领域。
背景技术
锂离子电池凭其高电压、比能量大、安全性能好、循环寿命长等特点在便携式电子设备、电动汽车能源、太阳能和风能能量储存等方面得到了广泛应用。负极材料是锂离子电池的核心关键材料，决定了锂离子电池的性能和成本。石墨因具有平稳的电压平台和充放电电位比较低等特点，在锂离子电池中得到了较广泛的应用。然而，研究发现，石墨的理论比容量较低，并且与电解液溶剂的相容性比较差，这样锂和有机溶剂容易共同插入石墨层之间，导致石墨逐渐剥落，引起电池的循环性能降低的情况发生。因而开发新型的锂离子电池的负极材料仍然是目前的科研热点。最近，SiO2由于其较高的理论比容量和较低的放电平台等优异性能备受关注。然而，SiO2的电导率较低,深度脱嵌锂的过程中会产生体积膨胀，这样SiO2负极材料的首周库伦效率和循环性能都较差，极大地限制了SiO2负极材料的应用。文献调研显示，目前还没有通过煅烧含有硅粉和有机硅化物的混合物，以制备锂电池负极添加剂的报告。
本专利公布了一种利用煅烧一种混合物(此混合物含有硅粉和有机硅化物)制备锂电池负极材料添加剂的方法。实践证明，该添加剂在加入石墨中后，与原来相比，电池的放电比容量提高将近30％，并且能保持较好的循环稳定性。另外，此材料的制备方法简单，成本低廉，因此有望应用在锂离子电池负极材料的新领域。
本发明的目的在于，提供一种利用一种混合物(此混合物含有硅粉和有机硅化物)制备锂电池负极材料添加剂的方法，该添加剂加入石墨中后，与原来相比，电池的放电比容量提高大约30％，并且能保持较好的循环稳定性。
一种利用煅烧一种混合物(此混合物含有硅粉和有机硅化物)制备锂电池负极材料添加剂的方法，制备过程主要包括以下步骤：
(1)材料的准备。选取二甲基硅油、四氯化硅、三甲基硅醇、粒径在1～500μm的硅粉中的几种进行称取备用。
(2)样品的制备。称取1～20g以上有机硅化合物中的一种，同时称取粒径在1～500μm的硅粉，且使有机硅化合物与硅粉的质量比为10:1～3，然后二者置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将糊状物置于坩埚中，于马弗炉中在500～800℃下煅烧1～3h。然后将煅烧后的物质研磨5～40min，研磨均匀，得到的样品即为添加剂。
(3)将添加剂以质量比为1:(20～120)的比例掺入石墨中，即得到含添加剂石墨负极材料。
本发明的方法中，机硅化合物为二甲基硅油、四氯化硅、三甲基硅醇中的一种，硅粉为粒径在1～500μm的硅粉。
本发明取得的有益效果如下：用简便的方法制备了一种价格低廉、能显著提高电池放电比容量的负极添加剂。
附图说明
图1为加入添加剂的石墨负极材料和未加入添加剂的石墨负极材料装出的半电池在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线。
图2为加入添加剂的石墨负极材料和未加入添加剂的石墨负极材料装出的半电池在100mAg-1电流密度下的放电比容量循环图。
图3为添加剂的EDS图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
选取三甲基硅醇、粒径为50～100μm的硅粉。称取5g三甲基硅醇和0.5g粒径为50～100μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在600℃下煅烧2.5h。将煅烧后的物质研磨30min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:50的比例掺入商业石墨中，得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。
以铜箔为集流体，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂，乙炔黑为导电剂，将活性物质粉末、乙炔黑和PVDF按质量比8:1:1混合均匀，并在上面滴加适量N-甲基吡咯烷酮，制成膏状物，将膏状物涂抹在已切好的铜箔上，并用玻璃片抹压均匀。将涂有活性物质的铜箔在120℃真空干燥箱中干燥6h，冷却至室温后作为电池的正极，金属锂片作为电池的负极，隔膜用Celgard2400微孔聚丙烯膜，电解液为含1M LiPF6。室温下，在充满干燥高纯氮气的手套箱内将其组装成电池。
图1为电池在100mAg-1电流密度下的首次充放电曲线。样品a为未加入添加剂的材料，样品b为加入添加剂后的材料。由图中可以看出样品a在100mAg-1电流密度下的首次放电比容量为262.6mAhg-1，样品b则达到340.4mAhg-1，容量提高将近30％。
图2为电池在100mAg-1电流密度下的放电比容量循环图。样品a为未加入添加剂的材料，样品b为加入添加剂后的材料。从图中可以看出，样品b的放电比容量始终高于样品a，并且能保持着不错的循环稳定性。
图3为添加剂的EDS图，由此可见，样品中含有硅、氧和碳，与单独的硅和二氧化硅都不同，说明是个全新的物质。
实施例2
选取四氯化硅、粒径为100～200μm的硅粉，称取15g四氯化硅和,2g粒径为100～200μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在700℃下煅烧2.5h。将煅烧后的物质研磨25min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:40的比例掺入商业石墨中，得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。
实施例3
选取二甲基硅油、粒径为1～100μm的硅粉，称取10g二甲基硅油和1g粒径为1～100μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在700℃下煅烧2h。将煅烧后的物质研磨20min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:90的比例掺入商业石墨中，得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。
实施例4
选取四氯化硅、粒径为150～250μm的硅粉，称取5g四氯化硅和0.5g粒径为150～250μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在750℃下煅烧1h。将煅烧后的物质研磨30min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:70的比例掺入商业石墨中，得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。
实施例5
选取二甲基硅油、粒径为300～500μm的硅粉，称取6g二甲基硅油和0.8g粒径为300～500μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在700℃下煅烧1h。将煅烧后的物质研磨25min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:80的比例掺入商业石墨中，得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。
实施例6
选取三甲基硅醇、粒径为200～400μm的硅粉，称取15g三甲基硅醇和2g粒径为200～400μm的硅粉置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将其置于坩埚中。于马弗炉中在600℃下煅烧2h。将煅烧后的物质研磨35min使其均匀，然后作为添加剂以质量比为1:100的比例掺入商业石墨中，即得到含有添加剂的石墨负极材料活性物质。

Claims (7)

1.一种利用煅烧一种混合物制备锂电池负极材料添加剂的方法，制备过程主要包括以下步骤：
(1)材料的准备：选取二甲基硅油、四氯化硅、三甲基硅醇、粒径在1～500μm的硅粉中的几种进行称取备用。
(2)样品的制备：称取1～20g以上有机硅化合物中的一种，同时称取粒径在1～500μm的硅粉，且使有机硅化合物与硅粉的质量比为10:1～3，然后二者置于研钵中研磨，使其成为均匀的糊状物，然后将糊状物置于坩埚中；于马弗炉中在500～800℃下煅烧1～3h；然后将煅烧后的物质研磨5～40min，研磨均匀，得到的样品即为添加剂；
(3)将添加剂以质量比为1:(20～120)的比例掺入石墨中，即得到含添加剂石墨负极材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：有机硅化合物为二甲基硅油，硅粉的粒径为50～100μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备方法为煅烧。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：原料含有硅粉和有机硅化物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：有机硅化合物与硅粉的质量比为10:1～3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：添加剂的制备过程中，煅烧温度为500～800℃，煅烧时间为1～3h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将添加剂以质量比为1:(20～120)的比例掺入石墨中。
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