硅碳负极材料制备工艺

技术简介及特点 电子设备和电动汽车的快速发展对锂离子电池的容量和能量密度提出了越 来越高的要求。硅材料具有高达 4200mAh/g 的理论容量，储量丰富，嵌/脱锂电 位适中等优势，有望替代石墨成为新一代锂离子电池负极材料。但硅负极在脱嵌 锂的过程中伴随着体积膨胀（高达300%），导致硅颗粒破碎、粉化，使材料失去 活性。由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的表面固体电解质(SEI) 膜，导致充放电效率降低，加速容量衰减。此外，硅自身的电导率不高，倍率性 能差，严重限制硅在锂电池负极材料中的应用。将硅纳米化，制备纳米结构的硅 /碳复合材料，是提高锂电池的负极材料电化学性能的有效方法。本技术以工业 废硅渣为原料，经过提纯、粉碎得到纳米硅，或以市售纳米硅为硅源，与石墨复 合，引入特定的包覆剂和导电剂，使纳米硅均匀分布在石墨表面，形成完整的包 覆结构，解决了硅的循环稳定性差的问题。开发工艺不涉及苛刻条件，易放大制 备。 专利及进展情况 已申请 4项中国发明专利。制备的硅碳材料具有优异的电化学性能，可实现 容量为 400－550mAh/g 硅碳的公斤级制备，首效>90%，0.5C 循环200 周容量保 持率>90%。600mAh/g 以上硅碳材料首效>85%，0.5C 循环100 周容量保持率>80%。 产业化前景分析 据统计，2017年中国锂电池硅碳负极材料产量已经超过 1500吨，同比增长 超过 130%。但从来目前市场总体产量来看，仍相对较小，在全年锂电负极材料 总产量中仅占比 1%，整个锂电硅基材料行业仍处于积极建设时期。预计到2020 年，负极材料的需求量将达到 29.3