CN115275149A - 锂离子电池硅碳负极材料的制备方法 - Google Patents

锂离子电池硅碳负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池硅碳负极材料制备方法，包括：按照预设混合比例将纳米硅与改性剂以及溶剂水混合后，进行高压脉冲均质处理形成均匀的纳米硅悬浮液；向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂，并进行分散或溶解，形成纳米硅‑酚醛树脂悬浮液；向所述纳米硅‑酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂，并进行分散或溶解，形成纳米硅‑酚醛树脂‑异氰酸酯前驱体浆料；对所述纳米硅‑酚醛树脂‑异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理，形成纳米硅‑酚醛树脂复合粉体；对所述纳米硅‑酚醛树脂复合粉体进行高温热解，获得硅碳负极材料。利用本发明，能够解决现有的锂离子电池负电极材料制备方法中存在工艺复杂、成本高等问题。

Description

锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，更为具体地，涉及一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法。
背景技术
在全球能源转型的背景下，光伏/风电等可再生能源以及电动汽车和电网储能产业的快速发展，使得高能量密度储能设备与材料的需求高速增长。其中，锂离子电池凭借无记忆效应、工作电压高、理论比容量高和循环寿命长等优点，从各种储能形式中脱颖而出，成为当今新能源学术界和产业界的研究热点之一。随着新能源产业尤其是电动汽车与电网蓄能对高能量密度储能设备需求不断增加，开发高比容量锂离子电池材料成为影响新能源产业持续发展的关键任务之一。
石墨是现有商业锂离子电池产品中应用最为广泛的负极材料，经过多年发展，比容量从170mAh g-1增加到360mAh g-1，接近理论比容量(372mAh g-1)极限，已经不能满足高比能的应用需求，开发储锂容量更大的负极材料势在必行。与碳同族的硅元素在地壳中的储量巨大、资源丰富，具备大规模生产和应用的基础，室温下硅材料理论比容量可达3579mAh g-1，是公认的下一代锂离子电池负极材料。
产业需求的刺激带来了硅基负极材料极高的开发热度，但硅基负极材料的大规模推广应用依然面临着众多瓶颈问题，体积变化、界面问题、电荷传输是开发高性能负极材料所必须克服的难题，新一代锂离子电池负极材料必须在实现大容量的同时，兼具优异的机械性能和电荷传输性能。围绕上述目标，研究人员在硅基负极材料制备技术方面开展了大量研究，重点是探索利用纳米技术和复合化技术以及对材料结构进行改性等方法来解决材料的体积膨胀和电导率低等问题，其中硅与碳材料的复合物具硅材料的高容量和碳材料高电导率、低膨胀率，是近期有望取代石墨的锂离子电池负极材料。无论是学术研究还是产业应用，硅碳负极材料的制备都主要涉及造粒、研磨、热解等工艺，而关键的碳源则包括蔗糖、淀粉、葡萄糖、沥青、酚醛树脂等多个种类，尤其是酚醛树脂可与硅之间产生键合作用，增强硅碳之间的结合力，提高材料结构稳定性，并且由此热解得到的多孔无定型碳基体不仅起到很好的体积膨胀缓冲和提高导电性的作用，而且其本身具有一定的储锂能力，可显著提高材料比容量，以及其与电解液相容性较好，使得硅碳负极材料具有较高的可逆比容量。
以下三个已有专利的制备方法中均用到了酚醛树脂，酚醛树脂因合成工艺成熟、成本低廉，热解产生的硬碳材料的层间距较大、锂离子扩散速度快、与电解液兼容性优于石墨，具有良好的力学性能与电化学性能，因而被广泛用作硅碳负极材料制备工艺中的关键碳源。
1)一种酚醛树脂修饰的锂离子电池硅基负极材料及制备方法(CN109817962A)公开了一种使用酚醛树脂对硅纳米颗粒改性后热解制得硅碳负极材料的方法：将硅纳米颗粒加入酚醛树脂的水溶液中混合均匀，然后加入2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑的乙醇溶液，并在搅拌条件下加入表面活性剂，再逐滴加入引发剂，搅拌24-72h后蒸发溶剂，将得到的固体产物于无氧环境中加热到20-120℃进行初步交联，最后于惰性气体氛围中于700-1000℃热解得到多孔碳包覆的硅纳米复合材料，即酚醛树脂修饰的锂离子电池硅基负极材料。
2)一种锂离子电池负极复合材料的制备方法(CN109817966A)公开了负极复合材料的制备方法：先将石墨和氧化亚硅混合后进行球磨得到混合粉末a，然后将混合粉末a加入羧甲基壳聚糖溶液，干燥后再加入酚醛树脂溶液中混合搅拌，最后经过煅烧制得电池负极复合材料。
3)一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料、制备方法及其应用(CN108899488A)公开了制备方法包括：将酚醛树脂溶于乙醇中得到物料A；在物料A中加入氧化石墨烯混合均匀，加入氧化亚硅粉末，加热搅拌至蒸干，然后进行真空干燥得到物料B；将物料B进行碳化处理得到所述改性碳包覆氧化亚硅复合材料。
其中，酚醛树脂是酚与醛经缩合而成的树脂的统称，以苯酚和甲醛树脂最为重要。依据缩合过程催化剂的差异又可分为热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂，其中热固性酚醛树脂通过加热即可实现固化成型，是制备硅碳负极材料非常好的原料。但其只能溶解于有机溶剂，对工艺的成本、安全性与环保性均有不利影响；而热塑性酚醛树脂为可溶可熔的线型结构，可以非常好的溶解于水系溶剂，更能满足硅碳负极材料制备工艺低成本、环保和安全的要求，不过热塑性酚醛树脂无法在常规条件下完成固化，与硅等原料混合后需要通过蒸发等工序实现溶剂脱除，大大延长了工艺时间和增加了能耗，并且前驱体经热解碳化后为块体材料，需要经过粉碎造粒方能获得硅碳负极材料成品，不仅增加了工艺长度和复杂度、也增加了引入杂质的概率。
为解决上述问题，亟需提供一种锂离子电池硅碳负极材料制备方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池硅碳负极材料制备方法，以解决现有的锂离子电池负电极材料制备方法中存在工艺复杂、成本高等问题。
本发明提供的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，包括：
按照预设混合比例将纳米硅与改性剂以及溶剂水混合后，进行高压脉冲均质处理形成均匀的纳米硅悬浮液；
向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂悬浮液；
向所述纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料；
对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理，形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解，获得硅碳负极材料。
此外，优选的方案是，所述纳米硅与所述溶剂水的质量比为1/30～1/20。
此外，优选的方案是，高压脉冲均质处理时采用的压力不低于60MPa。
此外，优选的方案是，所述酚醛树脂为酚醛树脂溶液或者酚醛树脂粉体，其中，所述酚醛树脂溶液的粘度≤600cP。
此外，优选的方案是，在向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂的过程中，所述酚醛树脂与溶剂水的质量比为1/10～1/2.5。
此外，优选的方案是，所述异氰酸酯助剂为单异氰酸酯、二异氰酸酯或多异氰酸酯中的任意一种。
此外，优选的方案是，在向所述纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂的过程中，所述异氰酸酯助剂与所述酚醛树脂的质量比为1/500～1/50。
此外，优选的方案是，在对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理的过程中，
采用喷雾干燥机对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥处理，其中，所述喷雾干燥机的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa。
此外，优选的方案是，在对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解的过程中，
采用氩气气氛炉对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解处理，其中，所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa。
此外，优选的方案是，所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的热解温度为750-950℃。
从上面的技术方案可知，本发明提供的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，相比于现有技术具有以下有益效果：
1)采用本发明的硅碳负极材料制备方法快速高效：利用异氰酸酯-NCO与酚醛树脂官能团的交联作用，实现前驱体造粒过程中同步固化成型，连续化程度高、适合大规模工业生产，不仅能够省去传统工艺中漫长的体相蒸发、也能够避免成品破碎工序，从而大大缩短工艺流程和制备周期；
2)采用本发明的硅碳负极材料制备方法工艺安全、节能、环保：工艺流程和制备周期的缩短，从而能够降低过程能耗，而异氰酸酯交联使得整个工艺可以完全使用水溶性酚醛树脂，避免有毒易燃的有机溶剂使用，从而提升工艺安全性和环保性，同时降低物料成本；
3、)采用本发明的硅碳负极材料制备方法的硅碳负极材料质量可控性强：硅碳负极材料一步造粒成型，避免二次破碎工序，从而避免金属等严重影响材料性能的杂质引入。
4)采用本发明制备的硅碳负极材料性能优异：以酚醛树脂为碳源获得的硅-硬碳复合结构具有良好的电子和离子传输性能且与电解液相容性高，碳基体的微观孔道结构可有效缓冲硅基材料的体积膨胀，同时喷雾干燥工艺可方便调节产物粒度与比表面积等关键物性指标以及通过任意添加助剂改善产品电化学性能，因而硅碳负极材料产品具有高比容量和高首次库伦效率。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的锂离子电池硅碳负极材料制备方法流程示意图；
图2为根据本发明实施例1-4制备的硅碳负极材料微观形貌的示意图；
图3为根据本发明实施例5制备的硅碳负极材料微观形貌的示意图；
图4为对比例制备的硅碳负极材料微观形貌的示意图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
针对前述提出的现有的锂离子电池负电极材料制备方法中存在工艺复杂、成本高等问题，本发明提供一种锂离子电池硅碳负极材料制备方法。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，图1示出了根据本发明实施例的锂离子电池硅碳负极材料制备方法流程。
如图1所示，本发明提供的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，包括：
S110：按照预设混合比例将纳米硅与改性剂以及溶剂水混合后，进行高压脉冲均质处理形成均匀的纳米硅悬浮液；
S120：向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂悬浮液；
S130：向所述纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料；
S140：对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理，形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
S150：对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解，获得硅碳负极材料。
本发明的锂离子电池的硅碳负极材料制备方法，可实现由硅和酚醛树脂原料直接造粒成型制备硅碳复合粉体，对高性能硅碳负极材料高效制备和大规模生产具有重要意义。
本发明的制备方法，以纳米硅和酚醛树脂为原料，在特定助剂(异氰酸酯-NCO)的作用下，实现前驱体直接造粒成型，高效制备硅碳负极材料，制备方法包括三个阶段，分别为前驱体浆料配制、造粒成型、热解碳化。
在步骤S110中，将纳米硅与其他助剂或改性剂加入水中，纳米硅与水的质量比为1/30～1/20之间，使用瞬时高压脉冲使硅颗粒在高剪切效应、空穴效应、碰撞效应耦合作用下充分分散于水中，形成均匀纳米硅悬浮液。其中，高压脉冲均质处理时采用的压力不低于60MPa。
其中，改性剂可以为沥青粉、碳纳米纤维、碳纳米纤维与石墨等。此外，本发明的前驱体浆料配制过程中，均质工艺也可使用超声粉碎法或强力机械剪切法实现。
在步骤S120中，向纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂溶液或粉体，与溶剂水的质量比为1/10～1/2.5，使用机械搅拌使酚醛树脂分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂悬浮液。
其中，所述酚醛树脂为酚醛树脂溶液或者酚醛树脂粉体，其中优选地，采用酚醛树脂溶液，所述酚醛树脂溶液的粘度≤600cP。本发明制备硅碳负极材料的实施例使用安全环保的水溶性酚醛树脂作为主要的复合碳源，包括但不限于水溶性酚醛树脂粉和酚醛树脂水溶液。
在步骤S130中，向纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂，使用机械搅拌使异氰酸酯分散或溶解，形成均匀的前驱体浆料。
其中，异氰酸酯助剂可为以异氰酸己酯为代表的单异氰酸酯、以甲苯二异氰酸酯为代表的二异氰酸酯以及以三苯基甲烷三异氰酸酯为代表的多异氰酸酯。异氰酸酯助剂与酚醛树脂的质量比为1/500～1/50。
本发明制备硅碳负极材料的实施例利用异氰酸酯(-NCO)基团与水性树脂分子链上羟基、羧基、氨基等基团反应形成交联结构，从而实现酚醛树脂的原位快速固化与成型。
在步骤S140中，在对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理的过程中，
采用喷雾干燥机对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥处理，其中，所述喷雾干燥机的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa。
本发明制备硅碳负极材料的实施例以异氰酸酯为助剂、经喷雾热解干燥工艺，实现硅源与碳源的一步复合、固化、成型，从而实现硅碳负极材料连续高效制备，突破了传统复合工艺依赖有机溶剂、耗时长、需二次破碎处理和引入杂质的缺点。
在步骤S150中，在对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解的过程中，采用氩气气氛炉对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解处理，其中，所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa；所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的热解温度为750-950℃。
根据上述锂离子电池硅碳负极材料制备方法，本发明根据如下表格的实施例作进一步的说明。其中，下面是本发明各实施例及对比例的成分、工艺及检测性能列表。
本发明实施例以平均粒径100nm的纳米硅和70wt％的酚醛树脂水溶液为原料制备硅碳负极材料。
实施例1：
称取10g纳米硅与1.3g沥青粉，加入300mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在80MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入120g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入1.68g异氰酸己酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
设定喷雾干燥机入口温度200℃、压力0.2MPa，待温度稳定后以40mL min-1的流率将前驱体浆料泵入，前驱体液滴经干燥后固化形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
将纳米硅-酚醛树脂复合粉体转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度800℃，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
实施例2：
称取15g纳米硅，加入300mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在60MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入90g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入0.63g甲苯二异氰酸酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
设定喷雾干燥机入口温度250℃、压力0.25MPa，待温度稳定后以50mL min-1的流率将前驱体浆料泵入，前驱体液滴经干燥后固化形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
将纳米硅-酚醛树脂复合粉体转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度900℃，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
实施例3：
称取20g纳米硅，加入500mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在80MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入100g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入0.14g三苯基甲烷三异氰酸酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
设定喷雾干燥机入口温度150℃、压力0.15MPa，待温度稳定后以70mL min-1的流率将前驱体浆料泵入，前驱体液滴经干燥后固化形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
将纳米硅-酚醛树脂复合粉体转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度950℃，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
实施例4：
称取25g纳米硅与1.25g碳纳米纤维，加入500mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在70MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入200g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入0.7g赖氨酸二异氰酸酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
设定喷雾干燥机入口温度200℃、压力0.2MPa，待温度稳定后以70mL min-1的流率将前驱体浆料泵入，前驱体液滴经干燥后固化形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
将纳米硅-酚醛树脂复合粉体转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度750℃，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
实施例5：
称取10g纳米硅、0.5g碳纳米纤维与38g石墨，加入300mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在80MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入30g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入0.084g六亚甲基二异氰酸酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
设定喷雾干燥机入口温度200℃、压力0.2MPa，待温度稳定后以30mL min-1的流率将前驱体浆料泵入，前驱体液滴经干燥后固化形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
将纳米硅-酚醛树脂复合粉体转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度900℃，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
对比例：
称取10g纳米硅，加入300mL水中，使用机械搅拌处理2-5min，初步分散形成悬浊液后泵入均质料斗，在80MPa的高压脉冲下进行均质处理，获得均匀的纳米硅悬浮液；
向纳米硅悬浮液中加入120g 70wt％的酚醛树脂水溶液，搅拌混合均匀后，再加入1.68g异氰酸己酯并搅拌使其完全溶解或分散均匀，形成前驱体浆料；
将前驱体浆料转移至100℃油浴中，在持续搅拌条件下处理6-8h使溶剂完全会发，形成纳米硅-酚醛树脂复合材料；
将纳米硅-酚醛树脂复合材料转移至氩气气氛炉中高温热解，热解温度800℃，再使用球磨工艺对热解产物进行破碎处理，最终获得硅碳负极材料成品。
使用扫描电镜、激光衍射法、气体吸附BET法分别测试硅碳负极材料的形貌、粒度和比表面积，并以其为活性物质组装成扣式半电池测试其电化学性能，结果见表1。
表1硅碳负极材料粒度、比表面积与电化学性能
Figure BDA0003793334610000111
基于上述实施例1-5以及对比例，图2示出了根据本发明实施例1-4制备的硅碳负极材料微观形貌，图3示出了根据本发明实施例5制备的硅碳负极材料微观形貌，图4示例了对比例制备的硅碳负极材料微观形貌。通过比较可知，采用本发明制备的硅碳负极材料具有多孔结构，可显著提升电荷传输性能和缓冲体积膨胀。
通过上述实施方式可以看出，本发明提供的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，通过固液混合物前驱体直接造粒成型，省去产品粉碎工序，缩短工艺流程，且减小杂质污染；通过添加助剂可使酚醛树脂快速固化，因而可使用喷雾干燥法替代直接蒸发工艺处理前驱体，缩短溶剂脱除时间；通过喷雾干燥工艺中液滴蒸发面积大，在加热和对流双重作用下，相比直接蒸发的传统工艺，大大降低溶剂脱除能耗。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的锂离子电池硅碳负极材料制备方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的锂离子电池硅碳负极材料制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
按照预设混合比例将纳米硅与改性剂以及溶剂水混合后，进行高压脉冲均质处理形成均匀的纳米硅悬浮液；
向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂悬浮液；
向所述纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂，并进行分散或溶解，形成纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料；
对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理，形成纳米硅-酚醛树脂复合粉体；
对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解，获得硅碳负极材料。
2.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅与所述溶剂水的质量比为1/30～1/20。
3.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述高压脉冲均质处理时采用的压力不低于60MPa。
4.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂为酚醛树脂溶液或者酚醛树脂粉体，其中，所述酚醛树脂溶液的粘度≤600cP。
5.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在向所述纳米硅悬浮液中加入酚醛树脂的过程中，所述酚醛树脂与溶剂水的质量比为1/10～1/2.5。
6.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯助剂为单异氰酸酯、二异氰酸酯或多异氰酸酯中的任意一种。
7.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在向所述纳米硅-酚醛树脂悬浮液中加入异氰酸酯助剂的过程中，所述异氰酸酯助剂与所述酚醛树脂的质量比为1/500～1/50。
8.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥以及固化处理的过程中，
采用喷雾干燥机对所述纳米硅-酚醛树脂-异氰酸酯前驱体浆料进行雾化干燥处理，其中，所述喷雾干燥机的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa。
9.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解的过程中，
采用氩气气氛炉对所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体进行高温热解处理，其中，所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的入口温度为150-250℃，压力为0.15-0.25MPa。
10.如权利要求9所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述纳米硅-酚醛树脂复合粉体的热解温度为750-950℃。
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CN117819554A (zh) * 2024-01-04 2024-04-05 四川海创尚纬新能源科技有限公司 Si@void@C结构的硅碳负极材料及其制备方法、应用

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