[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及其制備方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010711767.0 | 申請(qǐng)日： | 2020-07-22 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111900367A | 公開（公告）日： | 2020-11-06 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 李海;楊應(yīng)昌;黃偉 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 銅仁學(xué)院 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/38 | 分類號(hào)： | H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 東莞市中正知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44231 | 代理人： | 徐康 |
| 地址： | 554300 貴州省銅仁市*** | 國(guó)省代碼： | 貴州;52 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鋰離子電池 用硅碳 負(fù)極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池硅碳負(fù)極材料，所述負(fù)極材料是由納米硅顆粒與多孔碳制成的復(fù)合材料，其中納米硅顆粒是原料碳化硅原位熱分解生成的。還提供一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：在石墨化爐爐芯底部鋪上一層炭黑作為絕熱材料；將10?20份平均粒度為10?20μm的碳化硅粉體與200份粒度在8?25 mm之間的電阻料均勻混合后平鋪于炭黑之上；將100份平均粒度為16?20μm、比表面積為50?100 m2/g的多孔碳材料平鋪于碳化硅/電阻料復(fù)合層之上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所制備的負(fù)極材料首次克容量大于600 mAh/g，首次庫(kù)倫效率大于85.4%，有效解決了硅基負(fù)極材料循環(huán)性能較差的難題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)
開發(fā)高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子電池對(duì)便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車的應(yīng)用具有重大意義。為此，電極材料必須具有高的儲(chǔ)鋰容量和令人滿意的循環(huán)穩(wěn)定性。作為石墨負(fù)極的替代材料，硅具有已知的最高理論比容量(4200 mAh/g)和合適的充放電平臺(tái)(0.4-0.5 V)，被視為最有前途的負(fù)極材料。然而，硅在完全嵌鋰形成合金Li22Si5時(shí)會(huì)發(fā)生高達(dá)300%的體積膨脹，導(dǎo)致電極粉化、與集流體分離、比容量的快速衰減，從而影響了電池的使用壽命。鑒于此，研究人員制備了硅納米線、硅納米管、硅納米薄膜等各種硅基納米結(jié)構(gòu)，緩解了充放電過程中電極的體積變化，提升了電池的循環(huán)使用壽命，極大地推動(dòng)了硅基負(fù)極材料的發(fā)展。但硅納米線、硅納米管、硅納米薄膜等制備工藝復(fù)雜、成本高昂，只限于實(shí)驗(yàn)室少量合成，無法滿足產(chǎn)業(yè)化需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種鋰離子電池硅碳負(fù)極材料，其特征在于：所述負(fù)極材料是由納米硅顆粒與多孔碳制成的復(fù)合材料，其中納米硅顆粒是原料碳化硅原位熱分解生成的。
優(yōu)選的是，所述碳化硅為綠碳化硅，純度＞99.9%，平均粒度為10-20 μm。
優(yōu)選的是，所述多孔碳材料比表面積為50-100 m2/g，平均粒度為16-20 μm。
優(yōu)選的是，納米硅與多孔碳的重量比為0.07-0.14:1。
更進(jìn)一步地，本案還提供一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：
步驟一、在石墨化爐爐芯底部鋪上一層炭黑作為絕熱材料；
步驟二、以重量計(jì)，將10-20份平均粒度為10-20 μm的碳化硅粉體與200份粒度在8-25mm之間的電阻料均勻混合后平鋪于炭黑之上；
步驟三、將100份平均粒度為16-20 μm、比表面積為50-100 m2/g的多孔碳材料平鋪于碳化硅/電阻料復(fù)合層之上；
步驟四、在多孔碳層上依次平鋪上石墨板和粒度為0-2 mm的保溫料，石墨化爐的四周同時(shí)填滿相同規(guī)格的保溫料；
步驟五、碳化硅/電阻料復(fù)合層通電，使溫度達(dá)到2200℃-2400℃并保溫2-10小時(shí)；多孔碳層的溫度控制在900℃-1200℃之間；
步驟六、所有物料冷卻至室溫后出爐，碳化硅熱分解產(chǎn)生的硅蒸氣牢固地沉積在多孔碳的孔隙，從而制得鋰離子電池硅碳負(fù)極材料；
優(yōu)選的是，所述鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的平均粒度為16-20 μm，比表面積20-50 m2/g，首次克容量大于600 mAh/g，首次庫(kù)倫效率大于85.4%。
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