The invention belongs to the technical field of preparation and application of new energy materials and discloses a preparation method of silicon-carbon composite materials based on silica minerals, which includes the following steps: taking silica minerals as raw materials, first removing oxides except silica by acid washing, then obtaining silica particles through magnesium thermal reduction and acid washing intermediate products, and then obtaining silica particles. The silicon particles were modified by surface modification. The silicon particles were mixed with organic carbon source and graphite powder. After drying, they were carbonized at high temperature. Finally, the silicon-carbon composite material was obtained. It has excellent electrochemical performance, high specific capacity and long cycle life for lithium-ion batteries. It is an ideal anode material for lithium-ion batteries.
【技术实现步骤摘要】
一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法
本专利技术具体涉及一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法,属于新能源材料制备与应用
技术介绍
硅是目前人类至今为止发现的比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极材料,是一种最有潜力的负极材料,但硅作为锂电池负极应用也有一些瓶颈,第一个问题是硅在反应中会出现体积膨胀的问题。通过理论计算和实验可以证明嵌锂和脱锂都会引起体积变化,这个体积变化是320%。所以不论做成什么样的材料,微观上,在硅的原子尺度或者纳米尺度,它的膨胀是300%。在材料设计时必需要考虑大的体积变化问题。高体积容量的材料在局部会产生力学上的问题,通过一系列的基础研究证明,它会裂开,形成严重的脱落。但由于硅的本征电导率很低,而且大的比表面积使多孔硅易形成氧化层,影响硅基锂电负极材料的首次效率、比容量、循环性和倍率性能,并且硅在常规的电解液中很难形成稳定的固体电解质膜,导致循环性能低下。从长期的基础研究来看:①通过硅粉纳米化;②硅碳包覆;等技术手段可以有效解决硅在锂电池负极应用中遇到的问题。另外,完整的表面包覆非常重要,防止硅和电解液接触,产生厚的SEI膜的消耗。微观结构的设计也很重要,要来维持在循环过程中电子的接触,离子的通道,体积的膨胀。碳包覆机理在于:Si的体积膨胀由石墨和无定形包覆层共同承担,避免负极材料在嵌脱锂过程因巨大的体积变化和应力而粉化。碳包覆的作用是:(1)约束和缓冲活性中心的体积膨胀;(2)阻止纳米活性粒子的团聚;(3)阻止电解液向中心渗透,保持稳定的界面和SEI;(4)硅材料贡献高比容量,碳材料贡献高导电性 ...
【技术保护点】
1.一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法,其特征在于:包括以下步骤:S01:将研磨后的含SiO2矿物用酸纯化处理,除掉矿物硅之外的金属氧化物,水洗后干燥,获得SiO2颗粒;S02:将步骤S01获得的固体与镁粉、金属氯化物混合均匀,将混合物在氩气气氛下于650℃~950℃进行镁热还原处理4~10h,在氩气气氛下冷却到室温,然后用酸水溶液洗涤该固体获得镁颗粒;S03:将步骤S02获得的固体颗粒、水、分散剂在60℃下超声分散2h,其中固体的量为水的量的1%wt~5%wt,分散剂的量为水的量的0.02%~5%wt;S04:将步骤S01获得的SiO2颗粒或步骤S03的混合物、有机碳源、石墨粉在50~100℃下混合3h,然后在100℃下干燥6h,随后放入氮气氛围中450~1000℃热处理3~5h后获得硅碳复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法,其特征在于:包括以下步骤:S01:将研磨后的含SiO2矿物用酸纯化处理,除掉矿物硅之外的金属氧化物,水洗后干燥,获得SiO2颗粒;S02:将步骤S01获得的固体与镁粉、金属氯化物混合均匀,将混合物在氩气气氛下于650℃~950℃进行镁热还原处理4~10h,在氩气气氛下冷却到室温,然后用酸水溶液洗涤该固体获得镁颗粒;S03:将步骤S02获得的固体颗粒、水、分散剂在60℃下超声分散2h,其中固体的量为水的量的1%wt~5%wt,分散剂的量为水的量的0.02%~5%wt;S04:将步骤S01获得的SiO2颗粒或步骤S03的混合物、有机碳源、石墨粉在50~100℃下混合3h,然后在100℃下干燥6h,随后放入氮气氛围中450~1000℃热处理3~5h后获得硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法,其特征在于:含SiO2矿物是叶蜡石,云母石、蒙脱石、累托石、膨润土、埃洛石、高岭石、硅藻土中的一种。3.根据权利要求1所述一种基于含二氧化硅矿物的硅碳复合材料制备方法,其特征在于:所述步骤S02中的金属氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁中的一种。4.根据权利要求1所述一...
【专利技术属性】
技术研发人员:余国贤,王哲,赵金卫,胡英伟,吴宏观,宋学斌,
申请(专利权)人:江汉大学,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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