The invention relates to a carbon encapsulated nano silicon composite material, a preparation method and an application thereof, wherein the invention relates to a silicon composite powder and a preparation method and an application thereof. The invention aims to solve the technical problems of the prior art of reducing the volume effect of the silicon base negative electrode material by nanometer, alloying or multi hole, the preparation process is complex and the cost is high. The carbon encapsulated nano silicon composite material of the invention is a powder with a core-shell structure made of nanometer silicon particles as content and carbon as an outer shell. The preparation method comprises the following steps: oxygen diffusion of micron silicon micropowder with oxide layer on surface, carbon coating treatment, and oxidation of silicon oxide with hydrofluoric acid solution to obtain carbon encapsulated nano silicon composite material. The carbon encapsulated nano silicon composite material of the invention has the capacity of more than 900mAh/g, and the attenuation after the 150 cycle is less than 4%, and can be used as a silicon negative electrode material for lithium batteries.
【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆纳米硅复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及硅复合粉末及其制备方法和应用。
技术介绍
随着社会进步,大幅度提高二次充电电池的能量密度不仅是智能手机、平板电脑等先进便携式电子产品的迫切需求,同时也是以电动汽车、规模储能为代表的新能源产业发展的紧迫需要。目前来说锂离子电池组成主要由集流体、正极、负极、隔膜及电解液几大部分,而传统负极材料主要有天然或者人造石墨、钛酸锂,传统石墨的储锂容量仅为372mAh/g,而基于合金化反应的硅负极因具有高达4200mAh/g的理论储锂容量,被认为是下一代锂离子电池的理想选择。但是硅在与锂的合金化反应过程中,涉及巨大的体积膨胀(>300%),容易出现因颗粒粉化而导致失活,使得其循环稳定性较差,这一问题严重影响了硅基负极的实用化进程。为了解决硅基负极的循环稳定性问题,在过去的十余年间,人们提出了系列针对性的改善措施,包括硅的纳米化,合金化,以及设计多孔硅纳米结构等方法。虽然上述一些措施可以在很大程度上减小或缓冲活性硅的体积效应、提高材料的循环稳定性,但由于往往涉及到复杂的制备工艺、成本偏高限制了硅基负极的工业化应用。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的利用纳米化、合金化或多孔化来降低硅基负极材料体积效应的方法制备工艺复杂,成本高的技术问题,而提供一种碳包覆纳米硅复合材料及其制备方法和应用。本专利技术的碳包覆纳米硅复合材料是以纳米硅粒子为内容物、以碳为外壳的核壳结构的粉末;上述的碳包覆纳米硅复合材料的制备方法按以下步骤进行:一、将表面有氧化层的微米级硅微粉放入氧扩散炉中,在温度为500~1300℃、压力小于1个大 ...
【技术保护点】
一种碳包覆纳米硅复合材料,其特征在于该复合材料是以纳米硅粒子为内容物、以碳为外壳的核壳结构的粉末。
【技术特征摘要】
1.一种碳包覆纳米硅复合材料,其特征在于该复合材料是以纳米硅粒子为内容物、以碳为外壳的核壳结构的粉末。2.制备权利要求1所述的一种碳包覆纳米硅复合材料的方法,其特征在于该方法按以下步骤进行:一、将表面有氧化层的微米级硅微粉放入氧扩散炉中,在温度为500~1300℃、压力小于1个大气压的条件下进行氧扩散处理,直至硅微粉的颜色由黑色变为土黄色或者黄褐色,得到纳米硅镶嵌在氧化硅中的硅微粉;二、将步骤一得到的纳米硅镶嵌在氧化硅中的硅微粉进行碳包覆处理,形成碳硅复合粉末;三、将步骤二得到的碳硅复合粉末用氢氟酸溶液浸泡去除氧化硅成分,并洗涤干燥,得到碳包覆纳米硅复合材料。3.根据权利要求2所述的一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法,其特征在于步骤一中表面有氧化层的微米级硅微粉中硅原子与氧原子的比为1:(0.8~1.2)。4.根据权利要求2或3所述的一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法,其特征在于步骤一中表面有氧化层的微米级硅微粉为硅片生产加工过程中的切割、打磨或抛光过程中产生的硅粉废料。5.根据权利要求2或3所述的一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法,其特征在于步骤二中所述的碳包覆处理为CVD热解炭、沥青熔融包...
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