專利名稱：活性碳-納米硅復(fù)合粉體及其合成方法及其制作的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)極活性物質(zhì)以及采用該負(fù)極活性物質(zhì)制作的鋰離子電池，特別是涉及一種活性碳-納米硅復(fù)合粉體及其合成方法及其制作的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池被譽(yù)為21世紀(jì)的高性能“綠色能源”，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和廣闊的市場(chǎng)前景，相比其它化學(xué)電源，有單體電池電壓高，重量輕，能量密度和比能量高，自放電率低，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)和安全性能好等優(yōu)點(diǎn)。因此，小到數(shù)碼產(chǎn)品，大到動(dòng)力汽車都得到較廣泛的應(yīng)用。無(wú)論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，如何充分發(fā)揮鋰離子電池輕便的優(yōu)勢(shì)，是材料開發(fā)技術(shù)人員和鋰離子電池制造技術(shù)人員研究的課題。目前商業(yè)化的主要為石墨類負(fù)極，石墨類負(fù)極材料具有容量高、價(jià)格低廉、來(lái)源豐富的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)在已無(wú)法滿足鋰離子電池對(duì)材料容量密度的要求，一定程度上限制了它在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。因?yàn)楣韬辖鸩牧细叩奶卣髑朵嚾萘?，硅合金材料近年?lái)得到了極大地重視，但硅材料的導(dǎo)電率較差，充放電粉化等缺陷，帶來(lái)了首次效率低，充放電衰減快等問(wèn)題，同時(shí)硅合金材料合成成本較高，也嚴(yán)重影響了其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種具有高充放效率，循環(huán)性能好的納米硅復(fù)合石墨材料及其合成方法，并用其搭配商業(yè)化的正極電解液體系制作了電池。本發(fā)明公開的合成方法為用多孔的活性碳材料與納米化的硅單質(zhì)材料經(jīng)高能球磨，然后再采用浙青或高聚物材料進(jìn)行包覆，使硅納米材料寄居在活性碳孔隙中，得到一種導(dǎo)電性好，充放電穩(wěn)定的外包覆層的活性碳-納米硅復(fù)合粉體，其具體步驟包括(1)多孔的活性碳顆粒，用沖擊式粉碎機(jī)經(jīng)機(jī)械強(qiáng)破碎后，在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)過(guò)分選機(jī)，得到900目的活性碳顆粒粉體；(2)將分選后的活性碳顆粒粉體與納米硅單質(zhì)材料進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械混合，然后轉(zhuǎn)入高能球磨機(jī)進(jìn)行強(qiáng)混合；(3)在強(qiáng)混合后的混合料中，分三次加入浙青或高聚物材料進(jìn)行包裹，然后加入球磨機(jī)中繼續(xù)球磨；(4)將三種粉末形成的混合粉體在惰性氣氛的保護(hù)下升溫到800-1100度左右，保持6-12小時(shí)后冷卻；(6)冷卻后的產(chǎn)品經(jīng)破碎分級(jí)，得到活性碳-納米硅復(fù)合粉體。所述活性碳顆粒粉體，納米硅單質(zhì)材料以及浙青或高聚物材料的質(zhì)量比為 1 0. 5 1-8 3 1。本發(fā)明還公開了按照上述方法合成的活性碳-納米硅復(fù)合粉體。所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體與人造石墨或天然改性石墨混合后，作為鋰離子二次電池的負(fù)極活性物質(zhì)。 或者，所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體與人造石墨前驅(qū)體或球形化的天然石墨混合，再采用浙青或高聚物材料二次包裹燒結(jié)后，作為鋰離子二次電池負(fù)極的活性物質(zhì)。所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體在二次包裹燒結(jié)物中所占質(zhì)量百分比為6-10%。本發(fā)明還公開了一種采用所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體制作的鋰離子電池，負(fù)極混漿時(shí)，添加所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體。所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體或含有活性碳-納米硅復(fù)合粉體的所述二次包裹燒結(jié)物占電池負(fù)極的質(zhì)量百分比為6-100%。綜上所述，本專利發(fā)明了一種通過(guò)微細(xì)活性碳顆粒與浙青包覆的復(fù)合作用穩(wěn)定硅納米顆粒的合成方法，并通過(guò)該方法制備出硅碳復(fù)合的粉體材料，采用該粉體材料作為活性物質(zhì)對(duì)鋰離子電池的負(fù)極容量提高有明顯優(yōu)勢(shì)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例5的性能曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例包含如下步驟1、選用多孔的活性碳顆粒，用沖擊式粉碎機(jī)經(jīng)機(jī)械強(qiáng)破碎后在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)過(guò)分析機(jī)，得到900目的粉體；2、將分選后的活性碳顆粒與納米硅單質(zhì)材料，以一定的質(zhì)量比經(jīng)簡(jiǎn)單機(jī)械混合， 然后轉(zhuǎn)入高能球磨機(jī)進(jìn)行強(qiáng)混合；3、在強(qiáng)混合后的混合料中分三次加入一定比例的浙青加入球磨機(jī)中繼續(xù)球磨；4、將三種粉末形成的混合粉體按一定升溫速度在惰性氣氛的保護(hù)下升溫到 800 1100度左右，保持6 12小時(shí)后冷卻。5、冷卻后的產(chǎn)品經(jīng)破碎分級(jí)，得到復(fù)合的硅納米石墨負(fù)極材料。該復(fù)合粉體的使用方法，可進(jìn)一步與人造石墨前驅(qū)體(如石油焦，煤焦等)或球形化的天然石墨混合，采用浙青或高聚物進(jìn)行二次包覆燒結(jié)得到鋰離子電池復(fù)合材料。也可直接將該復(fù)合粉體與商業(yè)化的人造石墨或天然改性石墨直接混合使用，作為鋰離子二次電池負(fù)極活性物質(zhì)使用。6、鋰二次電池成品電池采用傳統(tǒng)053450鋁殼型號(hào)，采用行業(yè)內(nèi)通用工藝條件，經(jīng)混漿，涂布，制片，組裝，注液，化成等工序，搭配的正極為L(zhǎng)iCo02。電解液為EC EMC DEC = 1 1 1 (1M鋰鹽濃度)，負(fù)極混漿時(shí)，添加一定比例的該復(fù)合硅納米石墨負(fù)極材料作為活性物質(zhì)使用。所述的納米硅單質(zhì)材料選用商業(yè)化硅粉。表1
權(quán)利要求
1.一種活性碳-納米硅復(fù)合粉體的合成方法，其步驟包括(1)多孔的活性碳顆粒，用沖擊式粉碎機(jī)經(jīng)機(jī)械強(qiáng)破碎后，在風(fēng)機(jī)作用下經(jīng)過(guò)分選機(jī)， 得到900目的活性碳顆粒粉體；(2)將分選后的活性碳顆粒粉體與納米硅單質(zhì)材料進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械混合，然后轉(zhuǎn)入高能球磨機(jī)進(jìn)行強(qiáng)混合；(3)在強(qiáng)混合后的混合料中，分三次加入浙青或高聚物材料進(jìn)行包裹，然后加入球磨機(jī)中繼續(xù)球磨；(4)將三種粉末形成的混合粉體在惰性氣氛的保護(hù)下升溫到800-1100度左右，保持 6-12小時(shí)后冷卻；(6)冷卻后的產(chǎn)品經(jīng)破碎分級(jí)，得到活性碳-納米硅復(fù)合粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的合成方法，其特征在于，活性碳顆粒粉體，納米硅單質(zhì)材料以及浙青或高聚物材料的質(zhì)量比為1 0.5 1-8 3 1。
3.—種如權(quán)利要求1-2所述方法合成的活性碳-納米硅復(fù)合粉體。
4.一種如權(quán)利要求3所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體，其特征在于，所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體與人造石墨或天然改性石墨混合后，作為鋰離子二次電池的負(fù)極活性物質(zhì)。
5.一種如權(quán)利要求3所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體，其特征在于，所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體與人造石墨前驅(qū)體或球形化的天然石墨混合，再采用浙青或高聚物材料二次包裹燒結(jié)后，作為鋰離子二次電池負(fù)極的活性物質(zhì)。
6.一種如權(quán)利要求5所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體，其特征在于，所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體在二次包裹燒結(jié)物中所占質(zhì)量百分比為6-10%。
7.一種采用權(quán)利要求3-6所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體制作的鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子的負(fù)極混漿時(shí)，添加所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體。
8.如權(quán)利要求7所述的鋰離子電池，其特征在于，所述活性碳-納米硅復(fù)合粉體或含有活性碳-納米硅復(fù)合粉體的所述二次包裹燒結(jié)物占電池負(fù)極的質(zhì)量百分比為6-100%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高充放效率，循環(huán)性能好的納米硅復(fù)合石墨材料及其合成方法，并用其搭配商業(yè)化的正極電解液體系制作了電池。用多孔的活性碳材料與納米化的硅單質(zhì)材料經(jīng)高能球磨，然后再采用瀝青或高聚物材料進(jìn)行包覆，使硅納米材料寄居在活性碳孔隙中，得到一種導(dǎo)電性好，充放電穩(wěn)定的外包覆層的活性碳-納米硅復(fù)合粉體。本發(fā)明還涉及采用所述的活性碳-納米硅復(fù)合粉體制作的鋰離子電池。
文檔編號(hào)H01M4/583GK102299330SQ20111019238
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者吳克兵, 段惠彬, 董培喜, 郭鵬, 鐘茂關(guān) 申請(qǐng)人:青島大華電子科技有限公司