一种锂电池用硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池用硅复合材料，其原料按重量份数如下：硅粉18‑30份，炭材料18‑30份，沥青5‑7份，四氢呋喃溶剂20‑40份，氯化钾溶液20‑40份，催化剂3‑5份，氧化镍1‑3份，聚苯乙烯10‑14份，有机溶剂30‑40份。本发明专利技术严格控制该锂电池用硅复合材料及其制备方法，通过严格控制锂电池用硅复合材料的各组份的占比以及制备工艺参数，通过将原料依次通过四氢呋喃溶剂和氯化钾溶液处理后，使得复合材料的可逆容量超过650mAh/g，经过50次循环可逆容量仍保持在560mAh/g以上，而且电化学性能优良，通过加入的聚苯乙烯并进行裂解处理后，使得复合材料的可逆容量超过800mAh/g，进一步提高了产品的循环使用次数，提高了使用寿命，适合广泛推广。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池用硅复合材料及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，具体为一种锂电池用硅复合材料，同时本专利技术还涉及一种锂电池用硅复合材料的制备方法。
技术介绍
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。硅复合材料作为锂电池中重要的电极材料，现有的硅复合材料多采用硅炭复合材料，由于硅碳负极材料的膨胀率高，可逆容量较低，循环使用后，材料的使用寿命下降严重，易造成电池循环寿命偏低，不适合推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂电池用硅复合材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种锂电池用硅复合材料，其原料按重量份数如下：硅粉18-30份，炭材料18-30份，沥青5-7份，四氢呋喃溶剂20-40份，氯化钾溶液20-40份，催化剂3-5份，氧化镍1-3份，聚苯乙烯10-14份，有机溶剂30-40份。优选的，所述炭材料为石墨、中间相微球、炭黑、无定形碳、碳纳米管、碳纳米线、碳凝胶和石墨烯当中的任意两种，且炭材料采用均为粉末状结构，且两种材料的重量比为1:1。优选的，所述四氢呋喃溶剂的浓度至少为40％，所述氯化钾溶液溶液的浓度至少为30％。优选的，所述催化剂为Ag、Au、Mo、Cu和Ti当中的任意一种，且均为粉末状颗粒。优选的，所述有机溶剂括无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶剂，其中无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合比例为7:1:1:2:1:3:1。本专利技术还提供一种锂电池用硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1：取料，将硅粉、炭材料、沥青、四氢呋喃溶剂、氯化钾溶液、催化剂、氧化镍、聚苯乙烯和有机溶剂按重量份数称取，备用；S2：混合，将硅粉、沥青、四氢呋喃溶剂、氧化镍和催化剂均加入到有机溶剂中，并混合搅拌均匀，待四氢呋喃溶剂挥发后，制得混合物前驱体溶液；S3：保温，将制得的混合物前驱体溶液放置在管式炉中，在保证管式炉密闭的条件下，通入惰性气体，控制温度950-1050℃，保温2-3h，获得粉末颗粒，备用；S4：混合碳化，将炭材料加入到S3中保温完成的粉末颗粒中，控制温度900-920℃条件下，碳化并保温1-2h，获得复合材料A；S5：氯化钾处理，将S4中获得的复合材料A和氯化钾溶液进行混合，在真空搅拌机中混合搅拌15-25min，调节粘度至2000-4000mPa·s，经过100-140目的筛得到凝胶状混合物；S6：复合前驱体原料；将S5中制得的凝胶状混合物均加入到马沸炉中，升温至350-500℃，并保持升温时间1-2h，再随炉自然冷却，获得复合前驱体原料；S7：裂解，将复合前驱体原料放入到管式炉中，并将聚苯乙烯加入到管式炉中混合，通入惰性气体，控制升温至500-600℃，进行高温裂解，裂解时间2-3h，并自然冷却；S8：烧结，将裂解完成的有机复合前驱体原料再次放入管式炉中，通入惰性气体，控制升温至600-800℃进行烧结，烧结5-9h以后，即获得锂电池用硅复合材料。优选的，所述步骤S2中四氢呋喃溶剂的挥发方式采用的坩埚增发加热方式，加热干燥时间1-2h。优选的，所述步骤S3中保温是在在真空度为-0.09～-0.01MPa的真空条件下进行的，通入的惰性气体括氩气、氮气以及二者的混合气。优选的，所述步骤S6中升温方式是以电加热管加热方式进行升温的，在到达200-350℃时，升温速率是以3-5℃/min的速率进行升温的，在到达350-500℃时，升温速率是以1-3℃/min的速率进行升温的，所述步骤S7中升温速率是以5-8℃/min的速率进行升温的，所述步骤S8中升温速率是以10-12℃/min的速率进行升温的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术严格控制该锂电池用硅复合材料及其制备方法，通过严格控制锂电池用硅复合材料的各组份的占比以及制备工艺参数，通过将原料依次通过四氢呋喃溶剂和氯化钾溶液处理后，使得复合材料的容量超过650mAh/g，经过50次循环可逆容量仍保持在560mAh/g以上，而且电化学性能优良，通过加入的聚苯乙烯并进行裂解处理后，使得复合材料的容量超过800mAh/g，经过50次循环可逆容量仍保持在700mAh/g以上，进一步提高了产品的循环使用次数，提高了使用寿命，适合广泛推广。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种锂电池用硅复合材料，关于基料组成部分在具体实施例中的占比数据，如下表：实施例1一种锂电池用硅复合材料，其原料按重量份数如下：硅粉18份，炭材料18份，沥青5份，四氢呋喃溶剂20份，氯化钾溶液20份，催化剂3份，氧化镍1份，聚苯乙烯10份，有机溶剂30份，所述炭材料为石墨、中间相微球、炭黑、无定形碳、碳纳米管、碳纳米线、碳凝胶和石墨烯当中的任意两种，且炭材料采用均为粉末状结构，且两种材料的重量比为1:1，所述四氢呋喃溶剂的浓度至少为40％，所述氯化钾溶液溶液的浓度至少为30％，所述催化剂为Ag、Au、Mo、Cu和Ti当中的任意一种，且均为粉末状颗粒，所述有机溶剂括无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶剂，其中无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合比例为7:1:1:2:1:3:1。本专利技术还提供一种锂电池用硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1：取料，将硅粉、炭材料、沥青、四氢呋喃溶剂、氯化钾溶液、催化剂、氧化镍、聚苯乙烯和有机溶剂按重量份数称取，备用；S2：混合，将硅粉、沥青、四氢呋喃溶剂、氧化镍和催化剂均加入到有机溶剂中，并混合搅拌均匀，待四氢呋喃溶剂挥发后，制得混合物前驱体溶液；S3：保温，将制得的混合物前驱体溶液放置在管式炉中，在保证管式炉密闭的条件下，通入惰性气体，控制温度950℃，保温2h，获得粉末颗粒，备用；S4：混合碳化，将炭材料加入到S3中保温完成的粉末颗粒中，控制温度900℃条件下，碳化并保温1h，获得复合材料A；S5：氯化钾处理，将S4中获得的复合材料A和氯化钾溶液进行混合，在真空搅拌机中混合搅拌15min，调节粘度至2000mPa·s，经过100目的筛得到凝胶状混合物；S6：复合前驱体原料；将S5中制得的凝胶状混合物均加入到马沸炉中，升温至350℃，并保持升温时间1h，再随炉自然冷却，获得复合前驱体原料；S7：裂解，将复合前驱体原料放入到管式炉中，并将聚苯乙烯加入到管式炉中混合，通入惰性气体，控制升温至500℃，进行高温裂解，裂解时间2h，并自然冷却；S8：烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：其原料按重量份数如下：硅粉18‑30份，炭材料18‑30份，沥青5‑7份，四氢呋喃溶剂20‑40份，氯化钾溶液20‑40份，催化剂3‑5份，氧化镍1‑3份，聚苯乙烯10‑14份，有机溶剂30‑40份。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：其原料按重量份数如下：硅粉18-30份，炭材料18-30份，沥青5-7份，四氢呋喃溶剂20-40份，氯化钾溶液20-40份，催化剂3-5份，氧化镍1-3份，聚苯乙烯10-14份，有机溶剂30-40份。2.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：所述炭材料为石墨、中间相微球、炭黑、无定形碳、碳纳米管、碳纳米线、碳凝胶和石墨烯当中的任意两种，且炭材料采用均为粉末状结构，且两种材料的重量比为1:1。3.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：所述四氢呋喃溶剂的浓度至少为40％，所述氯化钾溶液溶液的浓度至少为30％。4.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：所述催化剂为Ag、Au、Mo、Cu和Ti当中的任意一种，且均为粉末状颗粒。5.根据权利要求1所述的一种锂电池用硅复合材料，其特征在于：所述有机溶剂括无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶剂，其中无水乙醇、丙酮、二甲基甲酰胺、N-N-二乙基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、γ-丁内酯和二甲基亚砜的混合比例为7:1:1:2:1:3:1。6.一种根据权利要求1所述的锂电池用硅复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：取料，将硅粉、炭材料、沥青、四氢呋喃溶剂、氯化钾溶液、催化剂、氧化镍、聚苯乙烯和有机溶剂按重量份数称取，备用；S2：混合，将硅粉、沥青、四氢呋喃溶剂、氧化镍和催化剂均加入到有机溶剂中，并混合搅拌均匀，待四氢呋喃溶剂挥发后，制得混合物前驱体溶液；S3：保温，将制得的混合物前驱体溶液放置在管式炉中，在保证管式炉密闭的条件下，通入惰性气体，控制温度950-1050℃，保温2-3h，获得粉末颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张影，
申请(专利权)人：梁汝腾，
类型：发明
国别省市：广东,44