一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法，属于锂离子电池的技术领域。发明专利技术首先将洗净的稻壳进行干燥，冷却至室温后将其球磨得稻壳粉末，将其置于真空热解装置中，并通氮气来排除空气，随后抽真空，对热解炉升温后冷却，得热解稻壳灰，接着将其与盐酸溶液混合，在超声波分散、过滤，收集滤饼，并与氢氧化钠搅拌混合，在超声波下分散地混合分散液，与盐酸、十二烷基苯磺酸钠置于烧杯中，搅拌混合后离心，收集下层沉淀并置于马弗炉中，通氩气排除空气，煅烧后冷却，并将煅烧混合物进行球磨，得高结合度锂电池碳硅负极材料。本发明专利技术所得的结合度锂电池碳硅负极材料具有优异的循环性能和较低的体积膨胀效应，安全性能高，可推广使用。

Method for preparing carbon silicon negative electrode material of lithium ion battery with high binding degree

The invention discloses a preparation method of a high binding lithium battery carbon silicon negative electrode material, belonging to the technical field of lithium ion batteries. The invention firstly wash the rice husk was dried, cooled to room temperature after the ball was placed on the rice husk powder, vacuum pyrolysis device, and nitrogen to exclude air, then vacuum for the pyrolysis furnace after heating to cooling, pyrolysis of rice husk ash, which is then mixed with hydrochloric acid solution, the ultrasonic dispersion and filtering collect, filter cake, and mixing with sodium hydroxide, scattered mixed dispersion in ultrasound, and hydrochloric acid, twelve sodium in the beaker, stir the mixture and centrifuged, collected precipitation and lower in the muffle furnace, argon gas through the exhaust air and cooling after calcination and calcination, a mixture of ball milling, high binding degree silicon carbon anode materials for lithium battery. The lithium carbon anode material of the lithium battery of the invention has excellent cycle performance and low volume expansion effect, and has high safety performance and can be popularized.

【技术实现步骤摘要】
一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法
本专利技术公开了一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法，属于锂离子电池的

技术介绍
随着经济的快速发展，全球范围能源形势日益严峻，煤炭、石油等传统一次性能源需求仍持续增大，同时对全球生态环境的破坏也正在加剧。因此，对清洁、低碳环保及可再生能源的开发与应用已成为人类亟需共同探索的课题。随着储能技术的发展，风能、太阳能等可再生能源的应用得到了极大的提高。目前，研究较热的储能锂离子电池，在便携式电子设备如笔记本与智能手机中得到了广泛的应用。但是，为了实现锂离子电池在环保清洁、无污染排放的新能源汽车上的应用，开发高能量、高功率密度、高安全性能的新一代锂离子电池极为迫切。由于具有较高的储锂容量和丰富的资源，硅材料被认为是开发新一代高比能量及高功率密度的锂离子电池负极材料的理想候选材料之一。然而，硅材料在使用过程中容量衰减较快，使其实际应用受到一定的限制。分析认为，硅材料脱嵌锂体积膨胀收缩较大，从而使材料的整体结构发生破坏，使材料的导电率降低，这是导致材料容量衰减较快的主要原因。专利CN200810031840.9将硅粉和石墨混合球磨，然后再加入沥青或聚合物包覆材料再次球磨，碳化处理，后进行粉碎，得到一种具有壳-核结构的锂离子电池硅碳复合负极材料，其中核为单质硅和石墨，壳为沥青或聚合物包覆材料的热解碳，该材料电池能量密度高，循环性能好。但是，石墨和硅的硬度差别较大，在一起混合球磨效率极低，石墨硬度较小，在球磨过程中对于硅产生弹性保护作用，很难使纳米硅得到有效球磨。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对石墨和硅的硬度差别较大，在一起混合球磨效率极低，石墨硬度较小，在球磨过程中对于硅产生弹性保护作用，很难使纳米硅得到有效球磨的缺陷。本专利技术提供了一种将稻壳热解并酸洗后与氢氧化钠反应，将有机质碳均匀分散至硅溶胶中，随后脱水并煅烧制备单质硅，将有机质碳颗粒均匀包覆至单质硅晶体中，碳颗粒在其球磨过程中无法形成弹性保护，从而使硅单质有效球磨的方法，本专利技术首先将洗净的稻壳进行干燥，冷却至室温后将其球磨得稻壳粉末，将其置于真空热解装置中，并通氮气来排除空气，随后抽真空，对热解炉升温后冷却，得热解稻壳灰，接着将其与盐酸溶液混合，在超声波分散、过滤，收集滤饼，并与氢氧化钠搅拌混合，在超声波下分散地混合分散液，与盐酸、十二烷基苯磺酸钠置于烧杯中，搅拌混合后离心，收集下层沉淀并置于马弗炉中，通氩气排除空气，煅烧后冷却，并将煅烧混合物进行球磨，得高结合度锂电池碳硅负极材料。本专利技术所得的结合度锂电池碳硅负极材料具有优异的循环性能和较低的体积膨胀效应，安全性能高，可推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下所述的技术方案是：（1）收集废弃稻壳，将其洗净并置于120～130℃下干燥2～3h，随后静置冷却至室温，将干燥稻壳置于球磨装置中，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，收集得稻壳粉末；（2）将上述制备的稻壳粉末置于真空热解装置中，通氮气排除空气，随后抽真空至3.5～4.0kPa，按10℃/min对热解炉升温至550～600℃，保温热解10～15min后，随炉冷却至室温，制备得热解稻壳灰；（3）按质量比1:5，将热解稻壳灰与质量分数10%盐酸溶液混合，在200～300W下超声分散10～15min后，过滤并收集滤饼，再按质量比1:5，将滤饼与质量分数20%氢氧化钠搅拌混合25～30min，在200～300W下超声分散10～15min，制备得混合分散液；（4）按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的混合分散液，10～15份质量分数10%盐酸和5～8份十二烷基苯磺酸钠置于烧杯中，在45～50℃下搅拌混合25～30min；（5）待混合完成后，再在2500～3000r/min下离心分离，收集下层沉淀并置于马弗炉中，通氩气排除空气，在1400～1500℃下煅烧处理3～5h，随炉冷却至室温，收集煅烧混合物并置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，过200目筛，即可制备得一种高结合度锂电池碳硅负极材料。本专利技术的应用方法是：将本专利技术所得的高结合度锂电池碳硅负极材料与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF以6:1:1～8:1:1的质量均匀混合，在环境湿度为10～15%的环境下，以N-甲基吡咯烷酮为溶剂涂于铜箔上并在烤灯下烘干，随后转移到120℃的烘箱中烘干20～24h，置于压片机下以10MPa压实，并裁剪成0.6cm×0.6cm～0.8cm×0.8cm的电极片，以锂片为负电极，碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯=1:1:8为电解液，在充满氩气的手套箱中即可制成锂半电池。经检测，本专利技术所得的高结合度锂电池碳硅负极材料的比容量为500～600mAh/g，所制得的锂离子电池电压为4～5V，能量为160～180Wh/kg，且具有优异的循环性能，循环使用60～70次，容量保持率为98～99%。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本专利技术所得的高结合度锂电池碳硅负极材料具有较高的输出电压、良好的循环稳定性和较高的容量保持率，且制作成本低，储存丰富，环境友好；（2）本专利技术所得的高结合度锂电池碳硅负极材料化学稳定性强，不与电解质发生反应，表面能形成稳定的薄膜，提高了电池的安全性能。具体实施方式收集废弃稻壳，将其洗净并置于120～130℃下干燥2～3h，随后静置冷却至室温，将干燥稻壳置于球磨装置中，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，收集得稻壳粉末；将上述制备的稻壳粉末置于真空热解装置中，通氮气排除空气，随后抽真空至3.5～4.0kPa，按10℃/min对热解炉升温至550～600℃，保温热解10～15min后，随炉冷却至室温，制备得热解稻壳灰；按质量比1:5，将热解稻壳灰与质量分数10%盐酸溶液混合，在200～300W下超声分散10～15min后，过滤并收集滤饼，再按质量比1:5，将滤饼与质量分数20%氢氧化钠搅拌混合25～30min，在200～300W下超声分散10～15min，制备得混合分散液；按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的混合分散液，10～15份质量分数10%盐酸和5～8份十二烷基苯磺酸钠置于烧杯中，在45～50℃下搅拌混合25～30min；待混合完成后，再在2500～3000r/min下离心分离，收集下层沉淀并置于马弗炉中，通氩气排除空气，在1400～1500℃下煅烧处理3～5h，随炉冷却至室温，收集煅烧混合物并置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，过200目筛，即可制备得一种高结合度锂电池碳硅负极材料。实例1收集废弃稻壳，将其洗净并置于120℃下干燥2h，随后静置冷却至室温，将干燥稻壳置于球磨装置中，在250r/min下球磨4h，待球磨完成后，过120目筛，收集得稻壳粉末；将上述制备的稻壳粉末置于真空热解装置中，通氮气排除空气，随后抽真空至3.5kPa，按10℃/min对热解炉升温至550℃，保温热解10min后，随炉冷却至室温，制备得热解稻壳灰；按质量比1:5，将热解稻壳灰与质量分数10%盐酸溶液混合，在200W下超声分散10min后，过滤并收集滤饼，再按质量比1:5，将滤饼与质量分数2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）收集废弃稻壳，将其洗净并置于120～130℃下干燥2～3h，随后静置冷却至室温，将干燥稻壳置于球磨装置中，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，收集得稻壳粉末；（2）将上述制备的稻壳粉末置于真空热解装置中，通氮气排除空气，随后抽真空至3.5～4.0kPa，按10℃/min对热解炉升温至550～600℃，保温热解10～15min后，随炉冷却至室温，制备得热解稻壳灰；（3）按质量比1:5，将热解稻壳灰与质量分数10%盐酸溶液混合，在200～300W下超声分散10～15min后，过滤并收集滤饼，再按质量比1:5，将滤饼与质量分数20%氢氧化钠搅拌混合25～30min，在200～300W下超声分散10～15min，制备得混合分散液；（4）按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的混合分散液，10～15份质量分数10%盐酸和5～8份十二烷基苯磺酸钠置于烧杯中，在45～50℃下搅拌混合25～30min；（5）待混合完成后，再在2500～3000r/min下离心分离，收集下层沉淀并置于马弗炉中，通氩气排除空气，在1400～1500℃下煅烧处理3～5h，随炉冷却至室温，收集煅烧混合物并置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，过200目筛，即可制备得一种高结合度锂电池碳硅负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种高结合度锂电池碳硅负极材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）收集废弃稻壳，将其洗净并置于120～130℃下干燥2～3h，随后静置冷却至室温，将干燥稻壳置于球磨装置中，在250～300r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，收集得稻壳粉末；（2）将上述制备的稻壳粉末置于真空热解装置中，通氮气排除空气，随后抽真空至3.5～4.0kPa，按10℃/min对热解炉升温至550～600℃，保温热解10～15min后，随炉冷却至室温，制备得热解稻壳灰；（3）按质量比1:5，将热解稻壳灰与质量分数10%盐酸溶液混合，在200～300W下超声分散10～15min后，过滤并收集滤饼，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳芹，李雪晴，
申请(专利权)人：常州亚环环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32