[發(fā)明專利]硅碳復合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810377023.2
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108598420A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 尹周瀾;李廣超;郭華軍;李新海;王志興;彭偉佳;王接喜;彭文杰;胡啟陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紐樂康知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 羅莎

本發(fā)明提供一種硅碳復合材料及其制備方法，具體制備過程如下：1）將納米硅、碳源、量子點分別用溶劑經(jīng)超聲進行分散，待用；2）將分散好的納米硅溶液、碳源溶液分別加入到量子點溶液中，超聲混合后蒸發(fā)溶劑，獲得固含量在90~97%的漿料，真空干燥后待用；3）將步驟2）所得物料研磨后，在惰性氣體氛圍中加熱煅燒，得到硅碳復合材料。利用碳量子點或石墨烯量子點在水和無水乙醇中良好的分散性及表面豐富的官能團，將硅和有機物或石墨緊密的結合在一起，通過高溫煅燒后的熱解產(chǎn)物對硅的均勻包覆，實現(xiàn)有效緩解硅基材料在循環(huán)過程中的體積膨脹問題，進而實現(xiàn)改善材料的電化學性能。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池材料制備技術領域，具體來說，涉及一種硅碳復合材料及其制備方法。

背景技術

商業(yè)化的鋰離子電池在電動汽車、混合動力汽車、移動電話、便攜式電子設備等領域有著廣泛的應用。石墨作為商業(yè)化鋰離子電池的負極材料，理論比容量為372mAh g^-1，已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對高能量密度和高功率密度鋰離子電池的需求。硅元素是地殼中儲量第二大的元素，僅次于氧元素，資源豐富。此外，硅還具有較低的脫嵌鋰電位以及高理論比容量(4200mAh g^-1)等優(yōu)點，有望成為新一代商業(yè)化的鋰離子電池負極材料。然而，硅在循環(huán)過程中存在巨大的體積效應(＞300％)，導致基體材料粉化，致使電池的循環(huán)性能不佳，阻礙了硅基負極材料的商業(yè)化進程。目前解決上述問題的主要方法有將硅納米化、硅-金屬合金、硅-金屬氧化物復合以及制備硅碳復合材料。

碳材料在鋰離子嵌入和脫嵌的過程中體積變化小、具有良好的離子導電性和電子導電性、可以形成穩(wěn)定的SEI膜并能提供一定的容量等優(yōu)點，將硅與碳材料復合可以有效的緩解硅的體積效應，因此是目前研究的熱門之一。但是碳材料作為緩解硅體積膨脹的緩沖基體存在與硅結合不緊密的問題，經(jīng)過多次循環(huán)后硅碳分離從而導致電池的電化學性能急速衰減。尋求一種可以與硅緊密結合，從而有效緩解硅體積膨脹的碳材料是研究的重點。

CN201510973951.1公開一種石墨烯/硅/碳納米管復合材料及其制備方法與應用，涉及鋰離子電池硅負極材料。石墨烯/硅/碳納米管復合材料是石墨烯、硅材料與碳納米管復合的一種硅碳復合材料。制備方法：將石墨烯粉末、碳納米管加至NMP溶液中，用超聲振蕩使其分散均勻，再加入納米硅粉，超聲振蕩分散均勻；將得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得石墨烯/硅/碳納米管復合材料。該專利提供的石墨烯/硅/碳納米管復合材料仍存在碳材料與硅結合的緊密問題，具有一定的局限性。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對相關技術中的上述技術問題，本發(fā)明提出一種硅碳復合材料及其制備方法，實現(xiàn)碳與硅的緊密結合，能有效提升硅碳復合材料的電導率，能緩解硅材料的體積膨脹問題。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供一種硅碳復合材料的制備方法，具體包括如下步驟：

1)將納米硅、碳源、量子點分別用溶劑經(jīng)超聲進行分散，待用；

2)將分散好的納米硅溶液、碳源溶液分別加入到量子點溶液中，超聲混合后蒸發(fā)溶劑，獲得固含量在90～97％的漿料，真空干燥后待用；

3)將步驟2)所得物料研磨后，在惰性氣體氛圍中加熱煅燒，得到硅碳復合材料。

進一步地，步驟1)中，所述超聲的頻率為50Hz，超聲的時間為5～20min，優(yōu)選為5、10、15、20min。所述溶劑為無水乙醇或水。