[0013] 针对现有技术中硅碳负极材料机械研磨包覆存在包覆均匀度差、包覆牢固度较差的问题,本发明的目的是公开一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材的方法。
[0014] 为达到上述目的,本发明的所述一种机械力制备锂电池双层锚固包覆硅碳负极材料的方法包括如下步骤:
[0015] (1)将3~5重量份铝粉、1~3重量份锡粉、10~15重量份碳粉、15~25重量份纳米硅粉混合均匀,然后加入气流微细冲击机,通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散,同时由于气流的冲击,将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面;再将包覆了铝粉、锡粉、碳粉的纳米硅粉经过240~250℃的粉末喷雾处理,使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉,从而在纳米硅粉的表面形成一级锚固层,得到改性纳米硅粉;
[0016] (2)将15~30重量份步骤(1)所述的改性纳米硅粉物料、0.3~0.5重量份分散剂、1~3重量份粘接剂、50~60重量份氧化石墨、100~150重量份去离子水混合,配制为浆料,送入离心砂磨机研磨1~2h,得到混合浆料;
[0017] (3)将步骤(2)所述混合浆料离心处理,得到含水5~10%的沙状物料,然后在所述沙状物料中加入水合肼混合均匀,得到水合肼沙状物料,将所述水合肼沙状物料进行喷雾干燥后,再在150~200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5~15min,氧化石墨被还原成石墨牢固包覆在一级锚固层外,形成二级锚固层,得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。
[0018] 步骤(3)通过氧化石墨还原连接和粘接剂固化使石墨牢固包覆在最外层形成二级锚固层。
[0019] 进一步地,步骤(1)中将3~4重量份铝粉、2~3重量份锡粉、10~12重量份碳粉、15~20重量份纳米硅粉混合均匀。
[0020] 进一步地,步骤(1)中所述碳粉为石墨烯、碳纳米管、乙炔黑的一种或两种混合。
[0021] 进一步地,步骤(1)所述气流微细冲击机采用涡旋气流粉碎机,通过旋转和气流使物料旋转并相互碰撞细化、包覆;进一步优选的所述旋转的速度为800~1000rpm。
[0022] 旋转的速度为800~1000rpm时,高速旋转和气流使物料旋转并相互碰撞细化、包覆。
[0023] 进一步地,步骤(1)所述的粉末喷雾处理采用氩气保护,通过1~3MPa的压力进行喷雾。
[0024] 步骤(1)所述的粉末喷雾处理采用氩气保护,通过1~3MPa的压力进行喷雾,使物料分散的同时,使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉,从而形成锚固层。
[0025] 进一步地,步骤(2)为:将20~25重量份步骤(1)所述的改性纳米硅粉物料、0.3~0.5重量份分散剂、2~3重量份粘接剂、55~60重量份氧化石墨、120~140重量份去离子水混合。
[0026] 进一步地,步骤(2)所述分散剂为聚乙烯醇或十二烷基苯磺酸钠。
[0027] 进一步地,步骤(2)所述离心砂磨机优选东莞市琅菱机械有限公司的NT-V2S型实验砂磨机,使用0.1mm的锆球作为研磨剂。
[0028] 步骤(2)使用0.1mm的锆球作为研磨剂,采用运转时的离心作用将锆球分布在研磨腔体外围对物料进行研磨复合,从而使氧化石墨在粘接剂的辅助下包覆在一级锚固层的表面;
[0029] 进一步地,步骤(2)所述粘接剂为热固性粉末涂料,优选为热固性环氧粉末涂料。
[0030] 热固性粉末涂料的性能是在后期热处理时固化,从而辅助石墨锚固在硅的表面,同时其对溶剂稳定、耐高温,有一定的柔性,从而防止负极材料使用时的体积膨胀,但在添加使用时用量不能过大,较高的使用量会影响负极的导电性。
[0031] 进一步地,步骤(3)所述喷雾干燥采用离心喷雾干燥,所述喷雾干燥的温度控制在70~80℃。
[0032] 通过在70~80℃喷雾干燥,150~200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5~15min热还原,水合肼还原将氧化石墨还原连接以及辅助粘接剂使石墨牢固包覆在最外层形成二级锚固层。
[0033] 进一步地,步骤(3)所述沙状物料和水合肼的重量比为10~15:0.02~0.5。
[0034] 有益效果:
[0035] 本发明首先将铝粉、锡粉、碳粉、纳米硅粉在气流微细冲击机中细化研磨处理,通过气流微细冲击机将纳米硅粉的团聚颗粒细化分散,同时由于气流的冲击,将软性的铝粉、锡粉、碳粉包覆在纳米硅粉表面;进一步经过240~250℃的粉末喷雾处理,使纳米硅表面的锡粉熔化粘结铝、碳粉,从而形成一级锚固层;然后与分散剂、粘接剂、氧化石墨、去离子水配制为浆料,送入离心砂磨机研磨;离心除水后加入水合肼,进行喷雾干燥热还原处理;进一步在150~200℃的悬浮搅拌器中热悬浮处理5~15min,通过氧化石墨还原连接和粘接剂固化使石墨牢固包覆在最外层形成二级锚固层,得到一种双层锚固包覆的硅碳复合材料。
[0036] 通过干态研磨利用金属锡粉的一级锚固层包覆、浆体研磨二级固化涂料的锚固,从而使碳材料紧密锚固在硅表面,从而有效防止碳的脱落,使得硅碳负极材料具有良好的循环稳定性,其性能接近于固相烧结复合、热裂解包覆碳等工艺制备的硅碳负极材料。
[0037] 本发明的制备方法工艺简单易控,能耗低,规模可大可小,适合于工业实际工况使用。