The invention discloses a three-dimensional spherical silicon carbon composite negative electrode material and a preparation method thereof, belonging to the lithium ion battery negative pole material field. The composite negative electrode consists of graphite, silicon and amorphous carbon, in which graphite and silicon are wrapped in amorphous carbon layers. The preparation method is the first nano silicon and carbon source dispersed in an organic solvent and spray drying to obtain precursor of Si@C, obtain Si@C material after carbonization, carbon layer on the surface of silicon can effectively alleviate the volume expansion effect of the Si@C materials, graphite and carbon dispersed in an organic solvent and spray drying to obtain silicon carbon composite cathode the precursor material, three-dimensional spherical silicon carbide carbon composite anode materials. Double layer of amorphous carbon layer can effectively reduce the volume of silicon in the process of charging and discharging expansion effect, the outer layer made of amorphous carbon material with low surface area, to avoid the large irreversible capacity loss, the material has high specific capacity and excellent cycle stability and efficiency for the first time.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料领域,更具体地,本专利技术涉及一种三维球状硅碳复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
目前商业化锂离子电池负极材料采用的是石墨类碳材料,具有较低的脱嵌锂电位、合适的可逆容量、较高的首次效率和循环稳定性且具有资源丰富、价格低廉等优点,是较为理想的锂离子电池负极材料。但其理论比容量只有372mAh/g,难以满足高比能量3C产品和电动车日益发展的需求。硅因具有较高理论比容量(4200mAh/g),储量丰富和价格低廉,可成为石墨负极材料的替代材料之一。然而,在锂离子脱嵌过程中存在巨大的体积膨胀效应,导致硅基材料的粉化和脱落,使得比容量和库伦效率不断衰减,循环寿命较差。为了解决硅基负极材料在充放电过程中的体积效应,目前主要的解决手段是制备纳米硅颗粒或者制备纳米线,以及制备硅金属或者硅碳复合材料,其中,硅碳复合材料是一种非常具有前景的复合材料,但是现有的硅碳复合材料的首次效率和循环寿命不能满足当前的需求,仍需要进一步提高。如公开号为CN104916831A,名称为“一种石墨硅基复合负极材料的制备方法”的中国专利申请,公开了其制备方法如下:(1)将树脂类碳前驱体分散在溶剂中,加入纳米硅,然后超声分散,蒸发掉有机溶剂,在惰性气体保护下,高温碳化,得到材料A;(2)将材料A通过粉碎,得到粒径D50介于0.1-1μm的亚微米级粉体B;(3)将粉体B与石墨、沥青类碳前驱体进行固相混合,然后在惰性气体保护下,高温碳化,冷却过筛即可。该方法制备的硅碳负极材料,能一定程度改善硅基材料首次效率低和循环性能差的缺点,但该制备方法很难保证纳米硅的均匀分散和硅 ...
【技术保护点】
一种三维球状硅碳复合负极材料的制备方法,其特征在于它包括以下步骤:(1)在室温下,将直径为10‑200nm的纳米硅电磁搅拌分散于含有分散剂和碳源的乙醇和水的混合溶液中,所述电磁搅拌的搅拌速度为50‑200rpm,搅拌时间为30‑300min,所述纳米硅的质量与乙醇和水的混合溶液的体积之比为1g:50‑300ml,所述乙醇和水的体积比为1:0.2‑2,所述纳米硅与分散剂的质量比为1:0.5‑2,所述纳米硅与碳源的质量比为1:1‑5;(2)将步骤(1)获得的混合溶液进行喷雾干燥,所述喷雾干燥的进风温度为170‑280℃,所述喷雾干燥的出风温度为100‑160℃,喷雾干燥的进料速度为5‑15ml/min,得到Si@C前驱体;(3)将所述Si@C前驱体在保护气氛下高温煅烧,然后随炉冷却至室温,得到Si@C材料;(4)按照质量比1:1‑5称量固体物质Si@C材料和石墨,电磁搅拌分散于含有分散剂和碳源的乙醇和水的混合溶液中,所述电磁搅拌的搅拌速度为50‑200rpm,搅拌时间为30‑300min,所述固体物质的质量与乙醇和水的混合溶液的体积之比为1g:50‑300ml,所述乙醇和水的体积比为1:0 ...
【技术特征摘要】
1.一种三维球状硅碳复合负极材料的制备方法,其特征在于它包括以下步骤:(1)在室温下,将直径为10-200nm的纳米硅电磁搅拌分散于含有分散剂和碳源的乙醇和水的混合溶液中,所述电磁搅拌的搅拌速度为50-200rpm,搅拌时间为30-300min,所述纳米硅的质量与乙醇和水的混合溶液的体积之比为1g:50-300ml,所述乙醇和水的体积比为1:0.2-2,所述纳米硅与分散剂的质量比为1:0.5-2,所述纳米硅与碳源的质量比为1:1-5;(2)将步骤(1)获得的混合溶液进行喷雾干燥,所述喷雾干燥的进风温度为170-280℃,所述喷雾干燥的出风温度为100-160℃,喷雾干燥的进料速度为5-15ml/min,得到Si@C前驱体;(3)将所述Si@C前驱体在保护气氛下高温煅烧,然后随炉冷却至室温,得到Si@C材料;(4)按照质量比1:1-5称量固体物质Si@C材料和石墨,电磁搅拌分散于含有分散剂和碳源的乙醇和水的混合溶液中,所述电磁搅拌的搅拌速度为50-200rpm,搅拌时间为30-300min,所述固体物质的质量与乙醇和水的混合溶液的体积之比为1g:50-300ml,所述乙醇和水的体积比为1:0.2-2,所述固体物质与分散剂的质量比为1:0.05-1,所述固体物质与碳源的质量比为1:0.1-1;(5)将步骤(4)获得的混合溶液进行喷雾干燥,所述喷雾干燥的进风温度为170-300℃,所...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘方明,彭工厂,刘圣洁,万琦,黄强,刘文静,王有治,瞿美臻,
申请(专利权)人:成都硅宝科技股份有限公司,中国科学院成都有机化学有限公司,
类型:发明
国别省市:四川;51
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