[發明專利]一種動力電池所用高容量硅碳負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611087269.3
• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN108134052B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 薛永;謝志懋
• 申請（專利權）人: 內蒙古欣源石墨烯科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市蘭鋒盛世知識產權代理有限公司 44504
• 代理人: 羅炳鋒

本發明公開了一種硅碳復合負極材料及其制備方法，涉及電池材料制備領域，尤其涉入鋰離子電池的負極材料領域，其特征是：按比例采用二氧化硅微米球、瀝青制備成二氧化硅/中空碳球，二氧化硅微米球采用二氧化硅納米球、去離子水、十六烷基三甲基溴化銨、無水乙醇、濃氨水、正硅酸乙酯制備而成：二氧化硅納米球采用無水乙醇、濃氨水、去離子水、正硅酸乙酯制備而成；本發明解決了目前硅碳負極膨脹率高、首次效率低等方面存在的不足的問題，制備出微米級二氧化硅中空碳球，具有克容量高、首次效率高及其循環性能優異的特點。

技術領域

本發明涉及電池材料制備領域，尤其涉入鋰離子電池的負極材料領域。

背景技術

石墨負極材料是組成鋰離子電池的關鍵材料，并以其循環性能好、穩定性強、價格低廉及其與電解液相容性高等優點而成為負極材料的首要選擇，但是為了滿足市場對高能量密度電池的需求，目前的負極材料在克容量、倍率性能等參數已經無法滿足市場化鋰離子電池對負極材料的要求，因此開發出高容量的負極材料顯得非常緊迫，而目前的高容量負極材料而又以硅碳負極材料技術相對成熟，但是硅碳負極由于在充放電過程中體積膨脹較大，造成其循環性能下降較快。針對硅碳負極存在的缺點，國內研究者主要通過硅材料表面包覆等措施降低硅材料的膨脹，比如專利(CN105118974?A)提供了一種硅基負極材料及其制備方法，其由于引入碳納米纖維制降低硅納米顆粒的體積膨脹，避免了硅顆粒破碎和SEI膜重復生成的現象，提高了負極材料的機械強度，但是其存在膨脹率高、制備過程復雜、穩定性差、工藝復雜及其難以產業化。而中空碳球以其比表面積大，密度小，熱穩定性好，力學強度高，導電性優良等優點，而應用于鋰離子電池、超級電容器等領域，如包覆在硅材料表面不但可以降低材料的膨脹率，而且又可以提高其導電性，應用在負極材料改性領域則是一種不錯的選擇。

發明內容

本發明一種動力電池所用高容量硅碳負極材料及其制備方法，解決了目前硅碳負極膨脹率高、首次效率低等方面存在的不足的問題，制備出微米級二氧化硅/中空碳球復合材料，具有克容量高、首次效率高及其循環性能優異的特點。

一種動力電池所用高容量硅碳負極材料，是按比例采用200～500g二氧化硅微米球、200～1000g瀝青制備成二氧化硅/中空碳球復合材料，

所述的二氧化硅微米球采用以下材料按比例制備而成：100～300mg二氧化硅納米球、40～80ml去離子水、120～360mg十六烷基三甲基溴化銨、20～30ml無水乙醇、0.5～2ml濃氨水、0.5～1ml正硅酸乙酯；

所述的二氧化硅納米球采用以下材料按比例制備而成：50～150ml無水乙醇、4～8ml濃度為25％的氨水、1～3ml去離子水、1～5ml的正硅酸乙酯TEOS。

制備過程為：

步驟①二氧化硅納米球的制備：

取50～150ml無水乙醇、4～8ml濃度為25％的氨水和1～3ml去離子水，混合均勻后，在攪拌的狀態下加入1～5ml的正硅酸乙酯TEOS，室溫攪拌6h，用去離子水和無水乙醇分別對沉淀物進行離心洗滌，所得二氧化硅球在90℃烘箱內烘干得到二氧化硅納米球

步驟②二氧化硅微米球的制備：

取步驟①所制100～300mg二氧化硅納米球分散到40～80ml去離子水中超聲0.5～2h，再分別加入120～360mg十六烷基三甲基溴化銨CTAB攪拌20～60min、之后添加20～30ml的無水乙醇和0.5～2ml濃氨水攪拌10min，最后加入0.5～1ml正硅酸乙酯，室溫攪拌6h，抽濾，用去離子水和無水乙醇對沉淀物進行離心洗滌，在烘箱內90℃烘干，得到球形二氧化硅微米球；

步驟③硅/中空碳球前驅材料的制備：