[發明專利]一種鋰離子電池硅碳復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910396548.5
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110265635B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 蘇明如;劉帥;姚文康;李金臨;朱威;張曉昀;劉云建;竇愛春;楊強;周正鵬
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
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本發明屬于鋰離子電池負極材料及其制備方法技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硅碳復合負極材料的制備方法。本發明對硅源進行改性，促進其與氧化石墨復合制備結構穩定的硅碳復合負極材料。具體包括以下步驟：將硅源分散到無水乙醇中，球磨后對其改性得到改性硅源；將改性硅源分散到無水乙醇溶劑中，混合均勻后緩慢加入催化劑和去離子水，然后加入有機硅烷偶聯劑水解；最后將其與有機碳源加入到氧化石墨分散液中，分散均勻后進行水熱反應，離心洗滌、真空干燥后經熱還原得硅碳復合負極材料。本發明制備的鋰離子電池硅碳復合負極材料具有較好的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料及其制備方法技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硅碳復合負極材料的制備方法。

背景技術

硅負極由于具有最高理論比容量(Si：4200mAh/g，遠高于石墨)、較低的脫嵌鋰電壓、良好的安全性能和較低的成本等優點，受到了國內外學者的廣泛研究。然而，硅巨大的體積效應(300％)、較低的電子電導率，導致了電極結構迅速崩塌，進而影響電池的循環穩定性，也使硅基負極材料的規?；瘧檬艿搅酥萍s。與單質硅相比，硅氧化物在循環過程中顯示出小的體積變化，且在第一次鋰化過程中原位產生的氧化鋰和硅酸鋰等副產物可以緩沖大的體積變化并改善循環的穩定性。但是，硅氧化物也存在固有的電導率低、體積膨脹仍不可忽視、Li₂O和硅酸鋰的形成不可逆，導致硅氧化物的初始庫侖效率相對較低等缺點。

石墨烯是單層的石墨原子，同時也是自下而上組裝石墨片層結構的最小單位，因為比表面積大、機械性能好和導電性好而被用于鋰離子電池的研究。對于硅及硅氧化物負極材料，石墨烯可以作為一種柔軟的襯底，能有效的適應這些納米硅材料的體積變化，從而達到提高材料電化學性能的目的。

石墨烯的主要制備方法有：微機械剝離法、外延生長法、氧化還原法、超聲分散法和化學氣相沉積法等。值得一提的是，沒有一種方法合成的石墨烯的性質能滿足所有可能的應用。因此，為制備性能優異的硅負極材料，充分發揮硅和石墨烯的性能，發明一種結構穩定的硅碳復合負極材料及其制備方法具有重大意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制備硅碳復合負極材料的方法，對納米硅進行預處理，發揮石墨烯的優勢，使其復合獲得結合牢固的硅碳負極材料，提高材料的電化學性能。

本發明提供了一種鋰離子電池硅碳復合負極材料及其制備方法，具體步驟如下：

(1)將硅源分散到無水乙醇中，在250～500r·min^-1條件下球磨4-12h，干燥后在添加劑存在的情況下，將其均勻分散到溶劑中，在高溫下蒸干后轉入鼓風干燥箱干燥，在保護性氣氛中，經750～850℃高溫熱處理1～6h后，隨爐冷卻得到改性硅源；

(2)將步驟(1)得到的改性硅源分散到無水乙醇溶劑中，分散均勻后緩慢加入催化劑和去離子水，然后加入有機硅烷偶聯劑水解1～24h后離心分離、干燥；

(3)將經過步驟(2)所得到的產品與有機碳源加入到氧化石墨分散液中，分散均勻后進行水熱反應，經離心洗滌、真空干燥后，在保護性氣氛中，經450～750℃高溫熱處理2～5h后，隨爐冷卻得硅碳復合負極材料。

步驟(1)中，所述硅源為80～250nm的SiO_x粉末，0≤x＜2；所述添加劑為水合肼、氨水、氨基酸、脲素、碳酸氫銨或硫脲中的至少一種，其用量為SiO_x粉末質量的3～35％；所述溶劑為乙醇水溶液、丙酮中的至少一種。

步驟(2)中，所述催化劑為氨水、三乙醇胺中的至少一種；所述有機硅烷偶聯劑為氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷中的至少一種，其用量為改性硅源質量的0.05％～3％。