[發(fā)明專利]一種碳包覆硅納米顆粒及其制備方法、應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011097905.7 | 申請日： | 2020-10-14 |
| 公開（公告）號： | CN112234173A | 公開（公告）日： | 2021-01-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 梁風;張達;楊瀉鋮;馬文會;楊斌;戴永年 | 申請（專利權(quán)）人： | 昆明理工大學 |
| 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： | 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268 | 代理人： | 徐凱凱;謝松 |
| 地址： | 650093 云南省昆明市學府*** | 國省代碼： | 云南;53 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 碳包覆硅 納米 顆粒 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明涉及一種碳包覆硅納米顆粒及其制備方法、應(yīng)用，其中，所述制備方法包括：提供一由石墨和硅混合的塊狀物作為陽極，提供一石墨棒作為陰極，并將所述塊狀物與所述石墨棒置于電弧爐中；將所述電弧爐抽真空并充入緩沖氣體，其后，啟動電弧，制備得到碳包覆硅納米顆粒，其中，所述塊狀物中石墨與硅的質(zhì)量比為5～30:70～95。本發(fā)明以硅和碳混合壓制的塊狀物為陽極，石墨棒為陰極，采用直流電弧法可一步制得碳包覆的硅納米顆粒，制備方法簡單，有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)，同時，所制備的碳包覆的硅納米顆粒可直接應(yīng)用在鋰離子電池中，從而實現(xiàn)高附加值的制備鋰離子電池負極材料。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鋰電池材料領(lǐng)域，尤其涉及一種碳包覆硅納米顆粒及其制備方法、應(yīng)用。
背景技術(shù)
在鋰離子電池的嵌鋰過程中，無定形LixSi和晶態(tài)Li15Si4間的相變過程導致硅電極的體積膨脹，使得硅顆粒之間的電接觸不良，持續(xù)產(chǎn)生固體電解質(zhì)界面(SEI)膜，從而導致活性材料損耗及電池的循環(huán)壽命變短。
目前，解決硅負極體積膨脹的方法有兩種方式，即納米化和復(fù)合化(復(fù)合包括與金屬的復(fù)合和非金屬的復(fù)合兩種方式)，其中，材料納米化對于解決硅體積膨脹導致電極粉化從集流體上脫落的問題具有十分重大的意義，而針對硅表面SEI膜的穩(wěn)定形成，往往采取對硅表面進行包覆的方式，一方面，包覆層可以緩沖硅在體積膨脹過程中釋放的應(yīng)力，另一方面，可以避免硅與電解質(zhì)的直接接觸，從而避免在循環(huán)過程中SEI膜周期性的形成與破裂使得活性物質(zhì)和電解質(zhì)不斷被消耗，造成不可逆容量損失。用碳質(zhì)材料和硅復(fù)合從而吸收硅在嵌鋰過程中體積膨脹所釋放的應(yīng)力被認為是提高電極穩(wěn)定性的一個有效手段。
但現(xiàn)有的碳包覆硅的工藝步驟繁瑣、操作復(fù)雜，為推動碳包覆硅在鋰離子電池中的應(yīng)用，需要提供一種工藝簡單，能夠大規(guī)模制備的方法。
因此，現(xiàn)有技術(shù)仍有待改進和發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請的目的在于提供一種碳包覆硅納米顆粒及其制備方法、應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有的碳包覆硅納米顆粒的制備方法復(fù)雜，不利于大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
提供了一種碳包覆硅納米顆粒的制備方法，其中，包括步驟：
提供一由石墨和硅混合的塊狀物作為陽極，提供一石墨棒作為陰極，并將所述塊狀物與所述石墨棒置于電弧爐中；
將所述電弧爐抽真空并充入緩沖氣體，其后，啟動電弧，制備得到碳包覆硅納米顆粒；
其中，所述塊狀物中石墨與硅的質(zhì)量比為5～30:70～95。
在上述實現(xiàn)方式中，以硅和碳混合壓制的塊狀物為陽極，石墨棒為陰極，采用直流電弧法制備得到碳包覆硅納米顆粒，制備方法簡單，有利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。
可選地，所述塊狀物的厚度為0.1～2cm。
可選地，所述塊狀物與所述石墨棒在所述電弧爐內(nèi)的間距為3～6mm。
可選地，所述緩沖氣體為惰性氣體或還原性氣體中的一種或多種。
可選地，將所述電弧爐抽真空并充入緩沖氣體后，所述電弧爐內(nèi)的氣壓為20～70kPa。
可選地，所述電弧的放電電流為10～100A，所述電弧放電時間為1～30min。
基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，還提供有一種碳包覆硅納米顆粒，其中，采用所述碳包覆硅納米顆粒的制備方法制備而成。
基于同樣的方面構(gòu)思，還提供有一種碳包覆硅納米顆粒的應(yīng)用，其中，將所述碳包覆硅納米顆粒用于鋰離子電池負極材料中。
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