一、磷酸铁锂复合负极材料、制备方法及电池概述

作为储能器件的锂离子电池，因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车中。目前，商业化的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但它的理论比容量为372mAh/g，而现有技术开发的石墨类负极材料所具有的比容量已接近其理论值，所以石墨类负极材料开发潜能有限，已难于满足目前各种便携式电子设备的小型化发展和电动汽车对高比能量及高功率密度锂离子电池的广泛需求。

硅材料被认为是开发新一代高比能量及高功率密度的锂离子电池负极材料的理想候选材料之一。压制硅材料的体积膨胀，提高材料的结构稳定对于提高硅材料的电导率与循环稳定性意义重大。目前主要通过硅的纳米化、硅与金属的合金化、硅与活性或者非活性材料的复合来改善硅材料的体积膨胀，其中硅与活性物质碳复合具有较大的应用前景。

制备细颗粒的硅并且提高硅颗粒的分散性，同时为硅颗粒提供缓冲体，缓解硅基负极材料脱嵌锂时的体积膨胀和收缩，制备出高性能硅基负极材料，实现硅基负极材料在锂离子电池中的实际应用，是本领域亟需解决的技术难题。

二、磷酸铁锂复合负极材料、制备方法及电池优势

锂离子电池硅基复合负极材料、制备方法及电池，锂离子电池硅基复合负极材料硅颗粒分散性好，压实密度高，库伦效率高，循环性能优。

锂离子电池娃基复合负极材料,为内嵌复合核-壳结构，内核为纳米硅颗粒内嵌于空心化石墨的内层空隙形成的结构，外壳为非石墨碳材料。

锂离子电池硅基复合负极材料中，内核的纳米硅颗粒内嵌于空心化石墨的内层空隙内，纳米硅颗粒分散性好，空心化石墨同时充当纳米硅颗粒的优良的缓冲体，有效压制硅材料脱嵌锂体积膨胀和收缩。

( I)将石墨类材料进打机械加工，得到空心化石墨；

(2)将纳米硅、分散剂和空心化石墨在有机溶剂中混合进行闪蒸干燥机处理，得到前驱体；

(3)对一前驱体进行机械融合处理，然后进行碳源包覆处理，得到二前驱体；

(4)对二前驱体进行各向同性加压处理，得到块状或圆柱状的三前驱体；

(5)将三前驱体进行高温烧结，得到所述硅基复合负极材料。

通过将石墨类材料进行机械加工，得到空心化石墨，空心化石墨的内层含有空隙，为纳米硅颗粒在其中的均匀良好地分散提供空间；粉末可被压到空心化石墨内层，大大提高石墨片层之间的粘附力，从而得到高压实的颗粒。

石墨类材料为天然晶质石墨、天然隐晶质石墨、天然结晶脉状石墨、人造石墨和导电石墨中的I种或至少2种的组合。组合典型但非限定性的实例有:天然晶质石墨和天然隐晶质石墨的组合，天然晶质石墨和天然结晶脉状石墨的组合，天然隐晶质石墨和天然结晶脉状石墨的组合，天然结晶脉状石墨和人造石墨的组合，人造石墨和导电石墨的组合。

粉碎为球磨粉碎、机械粉碎、气流粉碎机、高压粉磨粉碎和旋转式高速粉碎中的I种或至少2种的组合，也就是说可以采用上述任一种方式进行粉碎。在机械研磨过程中，石墨颗粒和研磨介质相互撞击和摩擦，石墨颗粒不断地受到冲击力和剪切力的作用，且这种作用力大于石墨内片层之间的粘结力，从而使得石墨片层相互错位形成空隙，形成空心化石墨。

干燥采用磷酸铁锂喷雾干燥机、抽滤机、磷酸铁锂旋转闪蒸干燥机或冷冻干燥机。喷雾干燥机的进口温度为100〜400°C，喷雾干燥机的出口温度为250°C，喷雾干燥机的压强为5〜150MPa，喷雾干燥机的进料频率为10〜100Hz。

有机碳源为煤浙青、石油浙青、中间相浙青、煤焦油、石油工业重质油、重质芳香烃、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂和聚丙烯腈中的I种或至少2种的组合。

各向同性加压处理过程中，二前驱体粉体受到各向同性的压应力，使得石墨颗粒内部片层沿不同一轴向延展，同时内嵌在石墨片层之间的纳米硅颗粒得到二次分散；另外在各向同性压应力的作用下，质软的有机碳源粉末在石墨颗粒表面也得到延展，并且部分有机碳源粉末可被压到石墨内层，大大提高石墨片层之间的粘附力，从而得到高压实的颗粒。高温烧结完成后，自然冷却至室温。

纳米碳材料为石墨烯、碳纳米管、纳米碳纤维、富勒烯、炭黑和乙炔黑中的一种以上，其中所述石墨烯的石墨片层数在1-100之间，碳纳米管和纳米碳纤维的直径在0.2-500nm之间，富勒烯、炭黑和乙炔黑的粒径为l_200nm。

硅基复合负极材料采用机械研磨、机械融合、各向同性加压处理与碳包覆技术相结合的方式成功实现了将纳米硅颗粒内嵌于石墨内层，并实现石墨颗粒表面均匀包覆，得到高性能的硅基材料；纳米硅颗粒均匀分散于作为缓冲基体的石墨颗粒内部，这一内嵌复合核结构使硅颗粒的膨胀得到根本的缓解，大大提高了材料的电导率，避免了硅颗粒和电解液直接接触，从而大大提升材料的循环性能与初次效率，明硅基复合负极材料比能量高、压实密度高，能满足高功率密度锂离子电池的需求；该负极材料制备工艺简单，原料成本低廉，环境友好。