The invention belongs to the technical field of new energy materials and its application, in particular to a Prussian blue composite silicon anode material and preparation method thereof, negative electrode materials for lithium ion batteries is mainly used in the field of electrochemical energy. The invention adopts the crystal adjusting technology and crystal particles in situ growth technology, at room temperature and pressure, water environment in situ on the surface of silicon nano particle growth and coated with a layer of PBAs, and then realize the high temperature carbonization on the surface of Si cathode material and coated metal compounds and carbide. The volume change of the present invention provides materials metal compound shell can limit the insertion / extraction process of alloy type anode materials, improve the stability of the frame and the entire SEI film anode materials; carbide shell for electron / ion diffusion in the alloy type anode material providing way, improve the electronic conductivity of the cathode / ion material.
【技术实现步骤摘要】
一种普鲁士蓝类复合硅负极材料及其制备方法
本专利技术属于新能源材料及其应用
,具体涉及到一种普鲁士蓝类复合硅负极材料及其制备方法,主要适用于能源电化学领域中锂离子电池的负极材料。
技术介绍
锂离子电池(lithiumionbatteries,LiBs)通过放热氧化还原反应,实现化学能量与电能之间的重复转换,不仅解决了太阳能、风能、地热能等不连续能源的高效存储与利用,而且降低了对环境的污染,一直是国内外重点研究的
LiBs的优势主要为:(1)物理性质方面:Li元素的电负性最高(-3.04Vvs.氢电极),重量最轻(等效重量M=6.94gmol-1,比重为0.534gcm-3);(2)化学性质方面:具有高理论容量(3862mAhg-1),在重量及体积方面都具有较高的能量密度,工作电压高,自放电少,无记忆效果。但是,目前来说,Li金属却难以应用在实际电池中,因其易引起在非质子溶剂中锂枝晶的生成,从而引起电池的短路甚至爆炸。因此,急需开发新型的、更低工作电势的负极材料用于构建新一代的高能量锂离子电池。硅(Si)基材料,具有容量高(4200mAhg-1或9786mAhcm-3,Li4.4Si)、工作电压低、储量巨大、环境友好,是一种高效的负极材料,在高能量密度电池的开发潜力巨大。但是,两个问题严重限制了Si基材料的实际比容量和大倍率充放电性能的发挥:1)低的电子导电率在高电流密度时限制了Li+传输;2)在脱嵌锂过程中,硅基材料发生巨大的体积变化(~300%),引起结构上的粉化,从而导致活性电极与集流体之间的电子接触丧失,伴随不稳定的固体电解质界面膜SE ...
【技术保护点】
一种普鲁士蓝类复合硅基负极材料,其特征在于:结构为PBAs@Si核壳结构,通过在Si纳米颗粒表面原位生长包覆一层PBAs制得;单个壳层内包覆1~6个Si纳米颗粒;材料的颗粒形貌为立方体、球型、圆角立方体和/或多面体,单个颗粒的尺寸分布为50nm~500nm;其核为球型Si纳米颗粒,其粒径分布为20nm~100nm,含量占材料总量的10wt%~80wt%;其壳层的化学式为Na2‑xMa[Mb(CN)6]1‑y□y·nH2O,其中Ma为Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Co或Mg元素,Mb为Fe或Co元素,Ma和Mb含量各占复合材料总量的1wt%~20wt%。
【技术特征摘要】
1.一种普鲁士蓝类复合硅基负极材料,其特征在于:结构为PBAs@Si核壳结构,通过在Si纳米颗粒表面原位生长包覆一层PBAs制得;单个壳层内包覆1~6个Si纳米颗粒;材料的颗粒形貌为立方体、球型、圆角立方体和/或多面体,单个颗粒的尺寸分布为50nm~500nm;其核为球型Si纳米颗粒,其粒径分布为20nm~100nm,含量占材料总量的10wt%~80wt%;其壳层的化学式为Na2-xMa[Mb(CN)6]1-y□y·nH2O,其中Ma为Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Co或Mg元素,Mb为Fe或Co元素,Ma和Mb含量各占复合材料总量的1wt%~20wt%。2.如权利要求1所述普鲁士蓝类复合硅基负极材料,其特征在于:在0.6V~1V处有一对氧化还原峰。3.如权利要求1所述普鲁士蓝类复合硅基负极材料的制备方法,包括以下步骤:步骤1、配制,含Ma供体与螯合剂的水溶液A,分散有Si纳米颗粒的醇溶液B,pH值1.0~5.8的含Mb氰化物供体的醇/水溶液C;步骤2、将水溶液A与醇溶液B混合均匀,并调节pH值至1.0~5.8;步骤3、在室温和搅拌条件下,将溶液C均速进样到步骤2所得混合溶...
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