[發明專利]一種高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710508917.6
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107195890B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 徐立強;何妍妍;徐剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

1.一種高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，該復合材料是氮摻雜的碳和硅的復合物，所述復合物中硅的質量含量為35-80％，碳的質量含量為15％-60％，氮的質量含量為1％-5％；所述Si@N-C復合材料的微觀形貌為：納米硅顆粒堆積成多孔結構硅，多孔結構硅表面包覆有氮摻雜的碳層，所述氮摻雜的碳層的厚度為20-100nm；

制備包括步驟如下：

(1)將經粉碎的馬尾草粉末置于0.5-10mol/L酸的水溶液中，在溫度110-130℃下浸泡3-6小時；經過濾、洗滌、干燥、煅燒，得SiO₂粉末；

(2)將步驟(1)得到的SiO₂粉末和還原劑研磨混合均勻，于保護氣體氛圍中，在溫度500-900℃下煅燒2-12小時，得粗Si粉末；冷卻后，先后浸泡于濃度為1-10mol/L的酸的水溶液中2-24h、質量濃度為1-10％的溶液A中1-12h，經過濾、洗滌、干燥，得Si材料；所述溶液A為氫氟酸、氫氧化鉀或氫氧化鈉的水溶液中的一種；

(3)將步驟(2)得到的Si材料和表面活性劑超聲分散于去離子水中，加入吡咯單體，-5-5℃下攪拌20-60min，得反應液；向反應液中滴加摩爾濃度為0.05-0.25mol/L的引發劑水溶液，-5-5℃下反應2-36小時；經過濾、洗滌、干燥，得Si@聚吡咯復合材料；將得到的Si@聚吡咯復合材料于保護氣體氛圍中，在溫度400-800℃煅燒2～12小時，得Si@N-C復合材料；

所述Si材料、表面活性劑和吡咯的質量比為0.01-2：0.1-5：0.009-0.2；所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉；反應液中Si材料的質量濃度為1-2g/L；所述吡咯和引發劑的摩爾比為1:1-3；所述引發劑為過硫酸銨；所述引發劑水溶液的滴加速率為1-5ml/min。

2.根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述煅燒溫度為600-900℃，煅燒時間為5-10h。

3.根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述SiO₂粉末和還原劑的質量比1：(0.1～3)；所述還原劑為鎂粉、鋁粉或鋅粉中的一種；煅燒溫度為600-800℃，煅燒時間為4-10h。

4.根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述酸的水溶液的濃度為3-6mol/L；所述酸為鹽酸、硫酸、硝酸或磷酸中的一種；所述粗Si粉末的質量與酸的水溶液的體積比為0.02-0.15g/mL；粗Si粉末的質量與溶液A的體積比0.05-0.375g/mL。

5.根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述Si材料、表面活性劑與吡咯的質量比為0.02-0.1：0.1-1：0.04-0.1。

6.根據權利要求1所述的高性能鋰離子電池負極Si@N-C復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述反應溫度為0℃，反應時間為6-12h。