CN111653739B - 一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池电极材料技术领域,针对SiO材料在锂电池负极材料中应用存在体积膨胀大、循环性能下降的问题,公开一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:将SiO、低粘性碳源加入到捏合机中升温搅拌捏合,得复合物A;复合物A、石墨、高粘性碳源经真空设备转移到造粒设备中惰性气氛造粒,得材料B;将材料B置于煅烧炉中惰性气氛下高温煅烧,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料。通过低粘性碳源改善SiO与石墨在高粘性碳源中的分散性能,使SiO与石墨形成均匀的分散效果,SiO经低粘性碳源的残碳和高粘性碳源的残碳牢固的粘结在石墨的表面,有效抑制体积膨胀效应,提高了比容量和循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池电极材料技术领域,具体涉及一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法。
背景技术
锂电池的负极材料是决定锂电池的充放电效率、循环寿命等性能的关键因素之一。目前,商业化的锂电池主要以石墨为负极材料,市场上高端石墨材料的比容量已达到360-365mAh/g,接近于石墨的理论比容量(372mAh/g),因此以石墨作为负极材料的锂电池能量密度的提升空间有限,无法满足动力电池高能量密度的要求。氧化亚硅SiO由于具有高容量(2600mAh/g)、循环过程中的体积变化小于Si材料、首次充放电过程中不可逆形成的氧化锂和硅酸锂在循环过程中可起到缓冲作用,且循环性能比Si材料好,使其成为商业化石墨负极的替代产品之一。但SiO在嵌锂过程中会产生较大的体积膨胀,破坏导电网络,并且循环过程中材料易发生粉化,使电池容量快速衰减,循环性能下降;而且SiO的固有电导率远低于石墨,在大电流充放电时会产生严重的电极极化;在充放电过程中,由于固体电解质界面膜(SEI)的生成不断消耗Li+,导致库伦效率降低。
目前对SiO材料的利用均是通过与石墨复合包覆以解决或降低SiO材料带来的体积膨胀性和循环性能降低等影响。
中国专利CN201711158804.4的发明专利申请“一种SiO/碳/石墨复合材料的制备方法”公开了将SiO和碳源混合球磨后在100~250℃的保护气氛中保持后与石墨混合球磨并高温碳化制备SiO/碳/石墨复合材料的方法。该方法虽然能够一定程度的改善SiO材料的电极性能,但是SIO经碳源单纯的粘结在石墨表面很难起到缓解体积膨胀的作用,同时高温碳化过程中因重力作用导致碳源无法均匀地包覆SiO而使得材料的库伦效率很低。
发明内容
针对现有技术中SiO材料在锂电池负极材料中应用存在体积膨胀大、循环性能下降的问题,本发明的目的在于提供一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,以缓解SiO材料在负极材料中应用带来的体积膨胀大、循环性能下降的问题。
本发明提供的技术方案如下:
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)将SiO、低粘性碳源加入到捏合机中升温搅拌捏合,得复合物A;
(2)将复合物A、石墨、高粘性碳源经真空设备转移到造粒设备中惰性气氛造粒,得复合材料B;
(3)将复合材料B置于煅烧炉中惰性气氛下高温煅烧,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料。
目前为改善氧化亚硅SiO在锂电池负极材料中的应用效果,常见的处理方法是将SiO与石墨复合,并通过引入粘结剂等使得到的含有SiO和石墨SiO的电极材料兼具两者的优点。但是所制备的SiO电极材料的性能与制备方法有密切的关系,不同的制备方法或者仅是某些细微的改变都可以使得到的SiO电极材料的性能有明显的改变。本申请的发明人在将SiO与石墨复合应用在锂电池负极材料的研究中发现,首先将SiO与低粘性碳源混合升温捏合,使SiO颗粒均匀分散在融化的低粘性碳源中,低粘性碳源均匀的包覆在SiO表面,然后与石墨、高粘性碳源混合造粒得到的SiO/石墨材料的循环性能得到提升,而且膨胀性低,具有较高的电容量和首效。发明人推测,这可能是因为低粘性碳源的粘结性能虽然低,但是通过包覆在SiO表面上,既避免了SiO的自团聚,还可以有效改善SiO、石墨相对高粘性碳源的分散性,避免了SiO相对石墨的分散包覆不均,而高粘性碳源提供了更好的粘结特性,使SiO和石墨能够有效的粘结在一起,这样两种不同粘性的碳源高温煅烧的残碳将SiO与石墨固定在一起,有效抑制SiO的体积膨胀效应,提升SiO/石墨负极材料的比容量和循环性能,在电池反复循环过程中容量保持率高,体积膨胀效应小,电池综合性能优良,具有广泛的应用前景。
作为本发明方法的优选,步骤(1)中SiO、低粘性碳源的质量比为1:0.05~1;升温温度为50~150℃,捏合时间2~3h。低粘性碳源在50~150℃范围内发生变软、融化,形成对SiO的均匀包覆。
作为本发明方法的优选,所述低粘性碳源为低温沥青、煤焦油、石油焦油、甲阶酚醛树脂中的一种或几种,粘度优选为0.05~0.2Pa·s。
作为本发明方法的优选,复合物A、石墨和高粘性碳源的质量比为1:1~10:0.1~3。造粒的粒径越大,循环性能会更好,但是首效降低,通过控制高粘性碳源的用量可以有效控制二次颗粒粒径大小,实现首效和循环性能之间的良好平衡,从而提升综合效果。同时低粘性碳源的包覆也降低了高粘性碳源和总碳源的使用量。
作为本发明方法的优选,所述高粘性碳源为高粘性沥青或古马龙树脂,粘度优选为2~6Pa·S。
作为本发明方法的优选,步骤(2)中的造粒过程为:先以3~10℃/min的速率升温至200~500℃保温30~60min,然后以3~10℃/min的速率升温至600~800℃保温1~3h。
作为本发明方法的优选,造粒设备为VC包覆机、立式造粒釜、卧式造粒釜中的一种。
作为本发明方法的优选,步骤(3)中高温煅烧过程为:先以3~10℃/min的速率升温至800~1100℃,然后保温1~3h。通过高温煅烧使无定形SiO发生歧化反应,生成分布良好的纳米Si微晶和无定形的SiO2,可以避免材料的局部嵌锂而导致材料粉化,提高材料的结构稳定性。
作为本发明方法的优选,石墨为人造石墨、天然石墨及膨胀石墨中的一种或几种混合。
作为本发明方法的优选,SiO的粒度为0.5~5μm,石墨的粒径为10~20μm。控制石墨和SiO的粒径有助于SiO夹在石墨之间,抑制SiO的体积膨胀效应。
本发明的有益效果如下:
本发明的技术方案中将SiO经低粘性碳源包覆处理后再与石墨经高粘性碳源包覆处理,低粘性低残碳的碳源避免了SiO的自团聚,利用低粘性碳源的粘性和相对较高的分散性改善SiO与石墨在高粘性碳源中的分散性能,使SiO与石墨形成均匀的分散效果,经高温碳化后使SiO经低粘性碳源的残碳和高粘性碳源的残碳牢固的粘结在石墨的表面,有效的抑制了SiO体积膨胀效应,提高了电极材料的比容量和循环性能,同时SiO的预先包覆也大大降低了总的碳源的使用量。
附图说明
图1是本发明的实施例1制备的锂电池SiO负极材料的SEM图。
图2是本发明的实施例1制备的锂电池SiO负极材料的EDS图。
图3是本发明制备的锂电池SiO负极材料的微观结构示意图。
图3中,1、石墨,2、第一包覆碳层,3、SiO颗粒,4、第二碳层。
具体实施方式
下面就本发明的具体实施方式作进一步说明。
如无特别说明,本发明中所采用的原料均可从市场上购得或是本领域常用的,如无特别说明,下述实施例中的方法均为本领域的常规方法。
申请人需要说明书的是,以下实施例中所用的惰性气氛还可以选择氩气、氦气替代;所用造粒设备还可以选择VC包覆机、卧式造粒釜替代。
实施例1
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.1的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度0.1Pa·s的煤焦油,加入到捏合机中,升高温度到120℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度5Pa·s的高粘性沥青按照1:6:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到900℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例2
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、0.2Pa·s的煤焦油,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为2Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到合复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例3
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.8的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.05Pa·s的煤焦油,加入到捏合机中,升高温度到150℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将混合好后的材料和粒径10μm的人造石墨、粘度为6Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以10℃/min的升温速率升温到1100℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例4
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的煤焦油,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的古马隆树脂按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例5
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)将粒径0.5μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的低温沥青按质量比1:0.05加入到捏合机中,升温至150℃搅拌捏合2h,使低粘性碳源均匀包覆在SiO的表面得复合物A;
(2)复合物A、粒径为10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的古马龙树脂按质量比1:1:0.1经真空设备转移到立式造粒釜中惰性气氛造粒,造粒过程为:搅拌100转/分钟,先以3℃/min的速率升温至200℃保温60min,然后以3℃/min的速率升温至600℃保温3h,得复合材料B;(3)将复合材料B置于煅烧炉中惰性气氛下以3℃/min的速率升温至800℃煅烧,然后保温3h,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料。
实施例6
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)将粒径5μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的石油焦油按质量比1:1加入到捏合机中,升温至150℃搅拌捏合2h,使低粘性碳源均匀包覆在SiO的表面得复合物A;
(2)复合物A、粒径为20μm的天然石墨、粘度为5Pa·s的古马龙树脂按质量比1:10:3经真空设备转移到立式造粒釜中惰性气氛造粒,造粒过程为:搅拌100转/分钟,先以10℃/min的速率升温至500℃保温60min,然后以10℃/min速率升温至800℃保温1h,得复合材料B;(3)将复合材料B置于煅烧炉中惰性气氛下以10℃/min的速率升温至1100℃煅烧,然后保温3h,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料。
实施例7
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)将粒径3μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的甲阶酚醛树脂按质量比1:0.5加入到捏合机中,升温至100℃搅拌捏合3h,使低粘性碳源均匀包覆在SiO的表面得复合物A;
(2)复合物A、粒径为20μm的膨胀石墨、粘度为5Pa·s的古马龙树脂按质量比1:5:2经真空设备转移到立式造粒釜中惰性气氛造粒,造粒过程为:搅拌100转/分钟,先以8℃/min的速率升温至400℃保温60min,然后以8℃/min的速率升温至700℃保温1h,得复合材料B;(3)将复合材料B置于煅烧炉中惰性气氛下以10℃/min的速率升温至1100℃煅烧,然后保温3h,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料。
实施例8
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的低温沥青,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到合复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例9
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的石油焦油,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到合复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
实施例10
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的甲阶酚醛树脂,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
对比例1
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为0.1Pa·s的煤焦油,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为0.1Pa·s的煤焦油按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温得合复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
对比例2
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为5Pa·s的高粘性沥青,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的高粘性沥青按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
对比例3
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)将1μm的SiO、粒径10μm的人造石墨、粘度为5Pa·s的高粘性沥青按照质量比1:7:0.4通过抽真空管道吸入VC混合机快速搅拌30min至有效混合得到复合材料A;
(2)将复合材料A然后通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得到复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
对比例4
一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,包括以下步骤:
(1)按照1:0.2的质量比分别取粒径1μm的SiO、粘度为5Pa·s的高粘性沥青,加入到捏合机中,升高温度到100℃搅拌捏合2h,使氧化亚硅表面包覆一层有机碳源得到复合物A;
(2)将复合物A和粒径10μm的人造石墨、粘度为0.1Pa·s的煤焦油按照1:7:0.2的质量比通过真空设备转移到立式造粒釜中通入惰性气氛,搅拌速度100转/分钟,以3℃/min的升温速率升到300℃保温1小时,然后以5℃/min的升温速率升到700℃保温2小时,自然冷却降温后得复合材料B;
(3)将复合材料B转移到箱式炉中以5℃/min的升温速率升温到1000℃,保温2小时随后自然冷却降温,即得到锂电池SiO负极材料。
性能测试
(1)形貌表征
对实施例1的SiO/石墨复合电极材料进行SEM和EDS表征,所得SEM图如图1所示,EDS图如图2所示,从图1和图2中可以看出通过造粒反应形成20μm以上的二次颗粒,二次颗粒中石墨和SiO未出现自身团聚现象,SiO分散在石墨与石墨之间;这表明,如示意图3所示,SiO颗粒3被煤焦油碳化后的残碳形成的第一包覆碳层2包覆,并进一步的通过沥青碳化后的残碳形成的第二碳层4粘结在是石墨1之间,从而有效的抑制了SiO的膨胀效应。
(2)循环性能和膨胀性能
对实施例1~10和对比例1~4制得的SiO/石墨复合电极材料进行极片的制备、扣式电池的组装及电化学性能测试。具体步骤为:将实施例1~10和对比例1~4制得的SiO/石墨复合电极材料分别与导电碳黑、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)按质量90:5:2:3混合,加入去离子水作为溶剂进行搅拌;搅拌均匀后,使用涂布设备均匀涂布于铜箔集流体上,在90℃真空干燥箱中烘烤24h,然后通过对辊机压制均匀,最后用冲片机制成直径为14mm的圆形极片;再以金属锂片为对电极,隔膜为聚丙烯膜(Celgard 2300),电解液为1mol/L六氟磷酸锂与等体积比的碳酸乙烯脂、二甲基碳酸脂的混合溶液,在充满高纯氮气的真空手套箱中组装成2025扣式电池,进行电化学性能测试,测试结果如表1所示。
测试时以0.1C倍率(1C按500mAh/g计)进行充放电循环,电压范围为0~1.5V,循环次数为100次,将循环100次后的电池进行拆解测量极片的膨胀率。
表1性能测试表
由表1中数据可以看出,由实施例1~10制备得到的锂电池SiO负极材料均具有较高的首次库伦效率及良好的循环稳定性,而对比例1~4的首效和循环保持率都较低,进一步证明了结合不同粘性碳源的SiO/石墨分步造粒方法实现了SiO的均匀包覆,并均匀地分散并夹入到石墨层中,有效的缓解了体积膨胀,避免了SiO的快速粉化,从而大大提高了循环稳定性。
Claims (8)
1.一种制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将SiO、低粘性碳源加入到捏合机中升温搅拌捏合,得复合物A;
(2)复合物A、石墨、高粘性碳源经真空设备转至造粒设备中惰性气氛造粒,得复合材料B;
(3)将复合材料B置于煅烧炉中惰性气氛下高温煅烧,然后自然冷却至室温,制得锂电池SiO负极材料;
所述低粘性碳源为0.05~0.2Pa·s的低温沥青、煤焦油、石油焦、甲阶酚醛树脂中的一种或几种;
所述高粘性碳源为粘度为2~6Pa·s的高粘性沥青或古马龙树脂。
2.根据权利要求1所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,步骤(1)中SiO、低粘性碳源的质量比为1:0.05~1;升温温度为50~150℃,捏合时间2~3h。
3.根据权利要求1所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,复合物A、石墨和高粘性碳源的质量比为1:1~10:0.1~3。
4.根据权利要求1所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,步骤(2)中的造粒过程为:先以3~10℃/min的速率升温至200~500℃保温30~60min,然后以3~10℃/min的速率升温至600~800℃保温1~3h。
5.根据权利要求1或4所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,造粒设备为VC包覆机、立式造粒釜、卧式造粒釜中的一种。
6.根据权利要求1所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,步骤(3)中高温煅烧过程为:先以3~10℃/min的速率升温至800~1100℃,然后保温1~3h。
7.根据权利要求1或6所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,所述石墨为人造石墨、天然石墨及膨胀石墨中的一种或几种混合。
8.根据权利要求1所述的制备高循环性能的锂电池SiO负极材料的方法,其特征在于,SiO的粒度为0.5~5μm,石墨的粒径为10~20μm。
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CN112133896B (zh) * | 2020-09-15 | 2022-04-19 | 捷威动力工业嘉兴有限公司 | 一种高容量石墨-硅-氧化亚硅复合材料及其制备方法、应用 |
CN114843456B (zh) * | 2021-02-02 | 2024-03-01 | 孚能科技(赣州)股份有限公司 | 一种负极材料及其制备方法和制备的电池 |
CN113422013B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-05-13 | 万向一二三股份公司 | 一种高首效高倍率硅基负极材料及其制备方法 |
CN114628652B (zh) * | 2021-12-07 | 2023-07-07 | 万向一二三股份公司 | 一种长循环快充SiO石墨复合负极材料及其制备方法 |
CN115000373A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-02 | 万向一二三股份公司 | 一种钛酸锂/石墨复合负极材料的制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003132888A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-09 | Nippon Carbon Co Ltd | リチウム系二次電池用炭素質負極材料の製造方法及び該炭素質負極材を用いたリチウム系二次電池 |
CN101232093A (zh) * | 2007-01-05 | 2008-07-30 | 三星Sdi株式会社 | 负极活性材料、其制备方法及含该材料的负极和锂电池 |
CN103730644A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-16 | 天津巴莫科技股份有限公司 | 锂离子电池硅-硅氧化物-碳复合负极材料制备方法 |
CN106711461A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 中天储能科技有限公司 | 一种球形多孔硅碳复合材料及其制备方法与用途 |
CN107579227A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-01-12 | 北方奥钛纳米技术有限公司 | 硅碳负极片的制备方法、硅碳负极片以及锂离子电池 |
CN107946568A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用 |
CN110620223A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-27 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 锂离子电池预锂化硅碳多层复合负极材料及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003257480A (ja) * | 2002-02-27 | 2003-09-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電解質組成物及び非水二次電池 |
KR100544886B1 (ko) * | 2003-08-06 | 2006-01-24 | 학교법인 대전기독학원 한남대학교 | Hcms 탄소 캡슐 구조체에 의해 지지된 연료전지용 전극촉매 및 전극촉매의 제조 방법 |
CN104716312B (zh) * | 2015-03-11 | 2017-03-22 | 中国科学院化学研究所 | 一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法和应用 |
CN105118971B (zh) * | 2015-07-06 | 2017-08-29 | 新乡市远东电子科技股份有限公司 | 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 |
CN107316982B (zh) * | 2016-04-27 | 2022-02-01 | 上海杉杉科技有限公司 | 一种锂离子二次电池硅碳负极材料及其制备方法 |
CN105932281A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-07 | 田东 | 一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法 |
CN106549149A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-03-29 | 浙江天能能源科技股份有限公司 | 一种硅碳复合材料的制备方法及应用 |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003132888A (ja) * | 2001-10-29 | 2003-05-09 | Nippon Carbon Co Ltd | リチウム系二次電池用炭素質負極材料の製造方法及び該炭素質負極材を用いたリチウム系二次電池 |
CN101232093A (zh) * | 2007-01-05 | 2008-07-30 | 三星Sdi株式会社 | 负极活性材料、其制备方法及含该材料的负极和锂电池 |
CN103730644A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-16 | 天津巴莫科技股份有限公司 | 锂离子电池硅-硅氧化物-碳复合负极材料制备方法 |
CN106711461A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 中天储能科技有限公司 | 一种球形多孔硅碳复合材料及其制备方法与用途 |
CN107579227A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-01-12 | 北方奥钛纳米技术有限公司 | 硅碳负极片的制备方法、硅碳负极片以及锂离子电池 |
CN107946568A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种高性能氧化亚硅/硬碳/石墨复合材料及其制备方法与应用 |
CN110620223A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-27 | 福建翔丰华新能源材料有限公司 | 锂离子电池预锂化硅碳多层复合负极材料及其制备方法 |
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