[發明專利]一種硅碳復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710039430.8
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106848273B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 容亮斌;饒睦敏;李瑤
• 申請（專利權）人: 深圳市沃特瑪電池有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：步驟一：制備碳包覆納米硅基氧化物；分別稱取硅顆粒和碳源水溶液以硅碳摩爾比為5?15：1的比例混合均勻成懸浮液；轉移至容器中，在第一預設溫度下水熱反應第一預設時間后冷卻至室溫后取出，經水洗后真空干燥，制備出碳包覆納米硅基氧化物；步驟二：制備硅碳復合材料；將步驟一得到的碳包覆納米硅基氧化物與金屬鎂粉以質量比為1：0.6?1.6的比例研磨混合形成混合物，然后將混合物混入無機鹽中；將以上混合好的混合物及無機鹽裝入容器，且置于惰性氣體下，在預設升溫速率的情況下上升至第二預設溫度，保持第二預設時間后冷卻取出清洗除去雜質，再真空干燥即可得到硅碳復合材料。

【技術領域】

本發明涉及鋰電池負極材料技術領域，尤其涉及一種硅碳復合材料的制備方法。

【背景技術】

目前鋰電池已廣泛應用于3C數碼、電動汽車的電力儲能系統等方面。電力儲能系統要求鋰電池有更高的能量密度和更好的循環壽命，同時要求低成本且具有良好的安全性。然而傳統鋰電池的石墨基負極材料的理論質量比容量僅為372mAh/g，導致電池的重量能量密度較低，難以滿足當前的要求。而非碳負極材料主要是具有高儲鋰性能的金屬或合金類材料。其中，硅因具有較大的嵌鋰比容量(常溫下理論比容量可達約3600mAh/g)和嵌鋰電位低(<0.5V)等特點而成為研究的熱點。但是以硅為代表的金屬或合金類材料的儲鋰原理是合金化過程，在脫嵌鋰過程中會伴隨著較大的體積變化效應，由其產生的較大的機械作用力會使硅活性材料粉化，并在多次循環后使電池電極活性材料與集流體間的脫落，引起電接觸的減弱；并且體積變化效應導致硅在常規電解液中難以形成穩定的電解質界面膜(SEI膜)，每次嵌脫鋰后新暴露的硅界面上新的SEI膜會大量消耗鋰離子和電解液，導致充放電效率降低，整體容量和循環性能迅速下降。而常規的制備硅材料的方法，如金屬熱還原二氧化硅，采用葡萄糖、石墨、石墨烯等碳源包覆已制好的納米硅顆粒及采用化學氣相沉積法等多步構架結構的碳/硅材料等，從材料本身的角度分析，面臨著諸如納米顆粒團聚，分布不均，體積膨脹效應難以徹底解決等問題，導致鋰電池的實際循環性能差。

鑒于以上所述，實有必要提供一種新型的一種硅碳復合材料的制備方法來克服以上缺陷。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種硅碳復合材料的制備方法，不僅能保證硅的高容量發揮，而且具有良好的充放電性能及循環性能。另外，應用本發明實施例制備的硅碳復合材料，顆粒均一，有利于電子和鋰離子的快速脫嵌，提高電化學性能。

為了實現上述目的，本發明提供一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：制備碳包覆的納米硅基氧化物；

①分別稱取一定量的硅顆粒和碳源的水溶液以硅碳摩爾比為5-15：1的比例混合均勻成懸浮液；

②轉移至容器中，在第一預設溫度下水熱反應第一預設時間后冷卻至室溫后取出，經水洗和無水乙醇洗滌后真空干燥，制備出碳包覆的納米硅基氧化物；步驟一中的所述第一預設溫度為：180℃-220℃，所述第一預設時間為：3h-8h；

步驟二：制備硅碳復合材料；

①將步驟一得到的碳包覆的納米硅基氧化物與金屬鎂粉以質量比為1：0.6-1.6的比例研磨混合形成混合物，然后將混合物混入在無機鹽中；

②將以上混合好的混合物及無機鹽裝入容器，且放置于惰性氣體下，在預設升溫速率的情況下上升至第二預設溫度，保持第二預設時間后冷卻取出；所述第二預設溫度為：400℃-700℃，所述第二預設時間為：5h-15h；

③依次用一定量的鹽酸洗、去離子水洗、氫氟酸浸泡、去離子水洗除去雜質，再真空干燥即可得到硅碳復合材料。

具體的，步驟一中的所述硅顆粒為：一氧化硅或二氧化硅，所述硅顆粒的粒徑為：50nm-200nm。