本发明专利技术涉及一种核壳结构的硅-碳复合电极材料及其制备方法,属于锂离子电池技术领域。该材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化硅组成,形成核壳结构;一氧化硅的质量百分含量为50%~60%,碳空心球壳的质量百分含量为40%~50%。将一氧化硅进行高能球磨,随后分散于乙醇和去离子水中,通过超声仪器使其分散均匀,然后加入浓氨水和正硅酸乙酯搅拌,得到被二氧化硅包覆的一氧化硅粉末;采用化学气相沉积的方法在保护气体保护下,于高温条件下沉积乙炔碳;用氢氟酸处理沉积乙炔碳后的产物,得到锂离子电池负极材料。该材料由于具有核壳结构,预留了硅在嵌锂脱锂过程中的膨胀空间,有助于提高电化学循环性能。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及,属于锂离子电池
。该材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化硅组成,形成核壳结构;一氧化硅的质量百分含量为50%~60%,碳空心球壳的质量百分含量为40%~50%。将一氧化硅进行高能球磨,随后分散于乙醇和去离子水中,通过超声仪器使其分散均匀,然后加入浓氨水和正硅酸乙酯搅拌,得到被二氧化硅包覆的一氧化硅粉末;采用化学气相沉积的方法在保护气体保护下,于高温条件下沉积乙炔碳;用氢氟酸处理沉积乙炔碳后的产物,得到锂离子电池负极材料。该材料由于具有核壳结构,预留了硅在嵌锂脱锂过程中的膨胀空间,有助于提高电化学循环性能。【专利说明】
本专利技术涉及,属于锂离子电池
。
技术介绍
锂离子电池是一种高效、新型的绿色化学电源,其本身具有的高工作电压、低自放电、高比能量、无污染、高安全性、无记忆效应等特点使其越来越受到人们的青睐。锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备中,在电动汽车(2%)、混合动力电动汽车(混合动力汽车)中也具有相当广泛的应用前景。 传统的锂离子电池负极材料是碳材料,一般为石墨类材料。这些材料虽然具有较好的循环性能,并且在嵌锂脱锂过程中体积变化也小。但是其在首次充电时电解液会在表面分解,形成一层321 (3011(1 £1601:1-0171:6膜,这使得其容量较低。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法,克服锂离子电池负极材料体积膨胀大导致循环性能差、比容量低的问题。 为了实现本专利技术的上述目的,采用以下的技术方案: —种核壳结构的娃~碳复合电极材料,是一种负极材料,该材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化硅组成,形成核壳结构;一氧化硅的质量百分含量为50%?60%,碳空心球壳的质量百分含量为40%?50%。 所述的负极活性材料一氧化硅的纯度大于等于99.99 % (质量分数),粒径为100?300纳米。 构成空心球壳的碳为无定型态,其纯度大于等于99.99% (质量分数),直径为200?600纳米,通过化学气相沉积乙炔碳得到。 本专利技术的另一目的是提供一种核壳结构的硅-碳复合电极材料的制备方法。 本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的: 一种核壳结构的硅-碳复合电极材料的制备方法,包括如下步骤: (1)将一氧化硅进行高能球磨,得到一氧化硅纳米粉末,随后分散于乙醇和去离子水中,通过超声仪器使其分散均匀,然后加入浓氨水和正硅酸乙酯,搅拌,得到被二氧化硅包覆的一氧化硅粉末; (2)将制得的产物放于管式炉内,采用化学气相沉积((^0)的方法在保护气体保护下,于高温条件下沉积乙炔碳; (3)用氢氟酸处理沉积乙炔碳后的产物,得到锂离子电池负极材料。 步骤(1)中,一氧化硅纳米粉末分散于乙醇和去离子水中的浓度范围为0.5? 1.51118 ?此―1,浓氨水的浓度为25%?28% (质量分数),浓氨水加入后的目的是使得溶液的邱值范围为7?9。 加入正硅酸乙酯与一氧化硅的质量比范围为3: 1?4: 1。搅拌的速度范围为600?8001^111,揽拌时间为11?16小时。 优选的,一氧化硅纳米粉末分散于乙醇和去离子水中的浓度为11118 ?此―1,浓氨水的浓度为28% (质量分数);400!118 —氧化硅纳米粉末加入浓氨水的量为細匕加入正硅酸乙酯的量为1.6此。 步骤(2)中,化学气相沉积的方法所需的保护气体为氮气、氦气、氖气和氩气中任意一种或两种以上的组合。 化学气相沉积的方法所需沉积温度为6001?8001 ;化学气相沉积的方法所需的沉积时间为20?60分钟。 步骤(3)中,用氢氟酸处理为将沉积乙炔碳后的产物在氢氟酸中浸泡(蚀刻),氢氟酸浓度为5?10001 - 171,浸泡(蚀刻)时间为0.5?1.0小时。 本专利技术锂离子负极材料中硅和碳的含量比例的选择可以通过调节加入负极活性材料一氧化硅的量和化学气相沉积(¢^0)的工艺参数进行调节。 本专利技术核壳结构的硅-碳复合电极材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化硅组成,无其他外加导电剂和粘结剂。同时,由于具有核壳结构,预留了硅在嵌锂脱锂过程中的膨胀空间,有助于提高电化学循环性能。 与现有技术相比较,本专利技术所提供的锂离子电池负极材料具有以下优点:第一,由于负极活性材料包覆于碳空心球壳结构中,故可以防止负极活性材料之间的相互团聚,从而可以获得相对均一、稳定的锂离子电池负极材料。第二,由于负极活性材料与外层的碳空心球壳均是纳米材料,其均具有较大的比表面积,故可以增加其包覆量,使锂离子电池负极材料中负极活性材料的含量较高,从而提高锂离子电池负极的容量。第三,由于负极活性材料包覆于外层碳空心球壳中,碳空心球壳的直径大于负极活性材料的直径,故负极活性材料在使用中体积不会发生较大的膨胀,减缓了体积效应。第四,外层的碳空心球壳为无定型碳,可以使锂离子电池负极材料在保持稳定的状态下同时具有较好的导电性,故本专利技术的锂离子电池负极无需添加额外的导电材料就可以具有良好的导电性能。第五,本专利技术的锂离子电池负极材料为一宏观的粉末状物质,故可以方便地应用于各种便携式电子设备。 【专利附图】【附图说明】 图1是锂离子电池负极材料的结构示意图。 图2是锂离子电池负极材料的321照片。 图3是锂离子电池负极材料碳空心球壳的321照片。 图4是锂离子电池负极材料碳空心球壳的1刚照片。 下面通过具体实施例对本专利技术做进一步说明,但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。 【具体实施方式】 本专利技术核壳结构的硅-碳复合电极材料,该负极材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化娃组成,形成核壳结构;负极活性材料一氧化娃的质量百分含量约为50 %?60 %,碳空心球壳的质量百分含量约为40 %?50 %,锂离子电池负极材料的结构如图1所示。负极活性材料一氧化硅为购买的商业化产品,其纯度大于99.99%。并且经过高能球磨,其粒径约为100纳米。构成空心球壳的碳是通过化学气相沉积乙炔碳得到,主要为无定型态,其纯度大于99.99%,直径为200?600纳米。 该核壳结构的硅-碳复合电极材料的制备方法,包括如下步骤:(1)将一氧化硅通过高能球磨,得到一氧化硅纳米粉末,随后分散于乙醇和去离子水中,通过仪器超声使其分散均匀,加入浓氨水和正硅酸乙酯,剧烈搅拌12小时,得到被二氧化硅包覆的一氧化硅粉末。(2)将前面制得的产物放于管式炉仪器内,在保护气体保护的同时于高温条件下沉积乙炔碳;化学气相沉积((^0)的方法所需的保护性气氛可以为氮气、氦气、氖气和氩气中任意一种或至少两种的组合;化学气相沉积(¢^0)的方法所需沉积温度可以改变为6001至8001中任意一种温度或至少两种的组合,所需的沉积时间可以改变为20分钟至1小时内的任意时长。(3)用氢氟酸处理沉积乙炔碳后的产物,得到所述的锂离子电池负极材料。 实施例1 将400毫克经过球磨机球磨处理后的负极活性材料一氧化硅(纯度质量分数大于等于99.99%,粒径为100-300纳米)分散于320毫升乙醇和80毫升的去离子水中,通过仪器超声使其分散均勻,然后加入4晕升浓氨本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核壳结构的硅‑碳复合电极材料,其特征在于:该材料由碳空心球壳以及包覆在其内部的负极活性材料一氧化硅组成,形成核壳结构;一氧化硅的质量百分含量为50%~60%,碳空心球壳的质量百分含量为40%~50%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:朱红,王挺,
申请(专利权)人:北京化工大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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