[發明專利]一種具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010052236.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244417B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 楊全紅;陳凡奇;韓俊偉;肖菁;孔德斌;陶瑩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 廣東莞信律師事務所 44332
• 代理人: 曾秋梅

1.一種具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將盛有粒徑分布范圍為3μm～5μm的硅顆粒的坩堝置于管式爐中，在含碳的氣體氛圍中進行化學氣相沉積反應，得到碳包覆的微米硅顆粒；

步驟二，將步驟一得到的碳包覆的微米硅顆粒超聲分散于混合溶劑中，得到均勻的分散液；

步驟三，向步驟二得到的分散液中加入堿，加熱該分散液至分散液中有氣泡逸出后，對該分散液依次進行超聲、過濾、洗滌、干燥，得到部分刻蝕的碳包覆微米硅顆粒粉末；

步驟四，將步驟三所得的粉末和氧化石墨粉末超聲分散于混合溶劑，形成混合液，隨后加入水熱反應釜中進行水熱反應，得到石墨烯-碳硅復合的水凝膠；

步驟五，將步驟四所得的水凝膠進行水分脫除，使得經過組裝、片層之間相互搭接、致密的三維石墨烯網絡收縮在部分刻蝕的碳包覆微米硅顆粒粉末表面，得到致密的三維石墨烯-碳硅復合宏觀體；

所得致密的三維石墨烯-碳硅復合宏觀體的塊體密度為0.8～1.2g/cm³。

2.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟一中，化學氣相沉積的具體過程為：升溫階段為氬氣氣氛，氬氣流量為30～50mL/min，升溫速率為5～10℃/min；恒溫階段為甲烷和氬氣混合氣氛，氬氣流量保持不變，甲烷流量為30～50mL/min，恒溫溫度為900～1000℃，恒溫時間為40～60min；降溫階段為氬氣氣氛，氬氣流量保持不變，降溫速率為5～10℃/min，降至400℃后自然冷卻。

3.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟二中所述的混合溶劑為水和乙醇，二者體積比為0.8～1:1。

4.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟二中所述的分散液中微米硅碳顆粒的濃度為1～3mg/mL。

5.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟三中所述堿為氫氧化鈉或氫氧化鉀。

6.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟三中，分散液中堿的濃度為0.5～1mol/L，加熱溫度為70～80℃，超聲時間為4～10min，洗滌是采用水和乙醇交替洗滌，干燥溫度為70～80℃。

7.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟四中所述混合溶劑為水和乙醇的混合溶劑，二者體積比為0.8～1:1。

8.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟四中，混合液中氧化石墨的濃度為1.5～2mol/L，部分刻蝕的碳包覆微米硅顆粒粉末與氧化石墨粉末的質量比為2～3:1。

9.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟四中，水熱反應的溫度為180～200℃，水熱反應的時間為6～10h。

10.根據權利要求1所述的具有長循環壽命微米硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于：步驟五中，水分脫除的溫度為60～80℃，時間為24～48h。