The invention provides a composite material with a silicon carbon core-shell structure, a preparation method and application thereof. The preparation methods include: preparing Si@SiO 2 with silica as outer layer; coating a magnesium carbonate buffer layer on the surface of Si@SiO 2 to obtain Si@SiO 2@MgCO 3; coating a carbon layer on the surface of Si@SiO 2@MgCO 3 to obtain Si@Mg2SiO 4@MgO@C; treating Si@Mg2SiO 4@MgO@C to obtain Si@void@C composite with silica core-shell structure. The invention also provides a composite material obtained by the above preparation method. The composite material can be used as the negative electrode of the battery. The battery has high capacity and good cycle performance.
【技术实现步骤摘要】
一种硅-碳核壳结构的复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种复合材料及其制备方法,尤其涉及一种硅-碳核壳结构的复合材料及其制备方法,属于材料制备
技术介绍
锂离子电池能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应,在各种便携类电子产品与电动汽车领域正逐渐取代铅酸电池、镍氢电池成为最主要的动力来源。锂离子电池正负极材料种类繁多,其中正极主要以硫酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料为主;负极主要以天然或人造石墨、中间相炭微球、钛酸锂为主。但是目前常用的负极材料容量普遍偏低,钛酸锂理论容量为175mAh/g,石墨理论容量为372mAh/g,远远不能满足电动汽车电池能量密度≥300wh/kg的要求。现有的低容量负极材料已逐渐成为锂离子电池能量密度提升的制约因素之一。目前已知的负极材料中,硅是理论容量最高的一种,在形成锂硅合金Li3.75Si时,其容量高达3572mAh/g,在形成锂硅合金Li4.4Si时,其容量高达4200mAh/g,远高于常用的石墨类材料,是提升电池能量密度的首选材料之一。但是硅用作锂离子电池负极材料在锂离子嵌入、脱嵌的过程中,其体积变化率超过了300%,巨大的体积变化使得电池在循环使用过程中负极材料极易粉化脱落,导致电池循环寿命极低,完全没有实际使用价值,限制了硅材料的实际应用。目前最有效的硅利用方式是将硅与石墨复配,降低硅的含量,并用石墨抑制硅体积膨胀。但是这种方法使用的硅碳材料中硅含量基本在5%以下,复合材料的实际容量<600mAh/g,对电池能量密度的提升效果较弱。目前,虽然有较多核壳结构复合材料的制备方法, ...
【技术保护点】
1.一种硅‑碳核壳结构的复合材料的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:制备硅球外层为二氧化硅的Si@SiO2;在所述Si@SiO2的表面包覆一层碳酸镁缓冲层,得到Si@SiO2@MgCO3;在所述Si@SiO2@MgCO3的表面包覆一层碳层,得到Si@Mg2SiO4@MgO@C;处理所述Si@Mg2SiO4@MgO@C,将MgSiO4还原为MgO,并洗去MgO层,得到所述硅‑碳核壳结构的复合材料Si@void@C。
【技术特征摘要】
1.一种硅-碳核壳结构的复合材料的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:制备硅球外层为二氧化硅的Si@SiO2;在所述Si@SiO2的表面包覆一层碳酸镁缓冲层,得到Si@SiO2@MgCO3;在所述Si@SiO2@MgCO3的表面包覆一层碳层,得到Si@Mg2SiO4@MgO@C;处理所述Si@Mg2SiO4@MgO@C,将MgSiO4还原为MgO,并洗去MgO层,得到所述硅-碳核壳结构的复合材料Si@void@C。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述Si@SiO2按照以下步骤制备得到:将0.1g-10g的所述硅球的粉末在50mL-500mL的无水乙醇中超声分散0.5h-2h;加入1mL-10mL氧化剂搅拌反应0.5h-2h,洗涤、干燥,得到二氧化硅层包覆的硅球Si@SiO2。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述氧化剂为氨水、氧化氢或高锰酸钾;优选地,所述氧化剂为质量浓度为25%-28%的氨水。4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述硅球的粒径为50nm-100nm。5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述Si@SiO2@MgCO3按照以下步骤制备得到:向0.1L-1L水中加入0.01mol-0.1mol的可溶性镁盐,加入0.2L-2L无水乙醇,混合均匀;加入0.2g-2g的Si@SiO2,超声分散0.5h-2h,30min内加入0.1L-1L的碳酸盐溶液,搅拌反应,然后进行加热、静置、洗涤、干燥,制得Si@SiO2@MgCO3;其中,镁离子与碳酸根离子的摩尔比为1:1;优选地,搅拌反应的时间为12h;优选地,加热的温度为50℃;优选...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵云,朱丽丽,张成龙,陈龙,
申请(专利权)人:合肥国轩高科动力能源有限公司,
类型:发明
国别省市:安徽,34
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