[發(fā)明專利]一種碳包覆硅納米片和硅基復(fù)合材料及其制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910041404.8 | 申請日： | 2019-01-16 |
| 公開（公告）號： | CN109686960A | 公開（公告）日： | 2019-04-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 楊書廷;張芬麗;鄭延輝;董紅玉 | 申請（專利權(quán)）人： | 河南電池研究院有限公司;河南師范大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265 | 代理人： | 趙振 |
| 地址： | 453000 河南省新*** | 國省代碼： | 河南;41 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 硅納米 碳包覆 硅基復(fù)合材料 制備 包覆 碳層 超聲分散 碳材料 首次充放電效率 循環(huán)容量保持率 導(dǎo)電性 混合球磨 水熱反應(yīng) 碳包覆層 體積膨脹 質(zhì)量比 硅粉 緩沖 水中 煅燒 膨脹 | ||
本發(fā)明公開了一種碳包覆硅納米片制備方法及碳包覆硅納米片，通過將0.1?1g碳源加入5?20mL水中攪拌并超聲分散10?30min；加入0.1?1g D50粒徑10?500nm的硅粉超聲分散10?30min；100?200℃水熱反應(yīng)10?24h后離心、真空干燥得碳包覆硅納米片。該碳包覆硅納米片由硅納米片及包覆在周圍的碳層組成。本發(fā)明公開了用上述碳包覆硅納米片制備的硅基復(fù)合材料及制備方法，通過將碳包覆硅納米片、碳材料、碳源按質(zhì)量比5?12％:78?85％:10％混合球磨，以3?10℃/min升溫至500?1000℃煅燒5?12h得硅基復(fù)合材料。該硅基復(fù)合材料包括碳包覆硅納米片、碳材料和包覆碳層。本發(fā)明的碳包覆硅納米片和硅基復(fù)合材料的碳包覆層緩沖了硅的體積膨脹，增強了導(dǎo)電性，硅基復(fù)合材料的雙包覆碳層進(jìn)一步抑制硅的膨脹，提高了首次充放電效率和循環(huán)容量保持率。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種碳包覆硅納米片的制備方法及碳包覆硅納米片，還涉及一種硅基復(fù)合材料的制備方法及硅基復(fù)合材料。
背景技術(shù)
鋰離子電池因其無記憶效應(yīng)、能量密度高以及自放電率低等優(yōu)點使其在工業(yè)領(lǐng)域迅猛發(fā)展。隨著其在便攜式設(shè)備和動力汽車中的應(yīng)用，人們對于鋰離子電池的負(fù)極材料提出了更高的要求。目前石墨是最常用的鋰離子電池負(fù)極材料，其具有價格低廉、資源豐富、和良好的動力學(xué)等優(yōu)點。然而，其對鋰電壓低于0.2V(vs.Li/Li+)，尤其在高倍率下，這一電壓接近鋰的析出電位會產(chǎn)生鋰枝晶，造成很大的安全性問題。此外，其理論比容量只有372mAh/g，已經(jīng)無法滿足各類消費類電子設(shè)備，尤其是儲能設(shè)備和電動汽車對能量密度的要求。因此，研究和開發(fā)新的負(fù)極材料成為鋰離子電池研究領(lǐng)域熱點。
硅基材料理論比容量為4200mAh/g，是比容量最高的材料之一，硅來源豐富，價廉易得，這使得硅成為最為熱門的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。但是硅有個明顯的缺點，在循環(huán)過程中體積膨脹變化巨大，導(dǎo)致電極粉化，甚至從集流體上剝離，從而使容量迅速衰減。目前研究者通過多種途徑對硅進(jìn)行改進(jìn)，包括將硅納米化、合金化以及與其他材料復(fù)合等等。這些方法在一定程度上改善了硅材料和硅復(fù)合材料的循環(huán)性能，但是容量衰減依然明顯，改性后的循環(huán)性能差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種首次充放電效率高、循環(huán)性能良好的鋰離子硅基負(fù)極材料。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是：在硅的表面包覆碳層，利用包覆的碳層緩沖硅的體積膨脹；同時硅使用片狀結(jié)構(gòu)，使硅片在縱向方向的體積膨脹也能得到緩沖，從而提高硅負(fù)極材料的首次充放電效率和循環(huán)容量保持率，進(jìn)而提高其循環(huán)性能。
作為實現(xiàn)本發(fā)明的第一個方案，本發(fā)明提供了一種首次充放電效率高、循環(huán)容量保持率高的鋰離子電池碳包覆硅納米片負(fù)極材料的制備方法及使用該方法制備的碳包覆硅納米片。
本發(fā)明提供的一種碳包覆硅納米片的制備方法包括以下步驟：
步驟一：將0.1-1g碳源加入5-20mL水中，攪拌并超聲分散10-30min；加入0.1-1gD50粒徑為10-500nm的硅粉，超聲分散10-30min；
步驟二：將步驟一所得混合物在密閉容器中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度100-200℃，反應(yīng)時間為10-24小時；
步驟三：將水熱反應(yīng)產(chǎn)物離心處理，所得固體物質(zhì)在40℃-80℃真空干燥；
步驟四：將干燥后的固體研磨、煅燒，煅燒時升溫速度為3-10℃/min，煅燒溫度為500-1000℃，煅燒時間為5-12小時，即得到碳包覆硅納米片。
優(yōu)選地，所述碳源為蔗糖、葡萄糖、瀝青、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述煅燒溫度為750-800℃。
本發(fā)明提供一種碳包覆硅納米片，所述碳包覆硅納米片是由硅納米片及包覆在其周圍的碳層組成。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于河南電池研究院有限公司;河南師范大學(xué)，未經(jīng)河南電池研究院有限公司;河南師范大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201910041404.8/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
