一种包覆硅纳米球的方法技术

一包覆硅纳米球的方法，可解决传统直接采用碳与硅材料混合，碳材料不能很理想地包覆硅材料的技术问题。包括步骤一：准备碳源溶液；步骤二：水热处理碳源溶液；步骤三：高温加热方法。由于本发明专利技术中采用碳的前驱物，即粘稠状或者液态的有机物与纳米硅颗粒混合，并进一步碳化得到硅/碳的核/壳结构，相对固态碳与纳米硅颗粒混合，能更好地包覆，并有效提升电极材料的电子导电性和缓解充放电过程中的体积变化。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆硅纳米球的方法
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种包覆硅纳米球的方法。
技术介绍
硅材料由于质量比容量(4200mAhg-1)为普通石墨质量比容量(372mAhg-1)的10倍以上而被认为最具希望成为下一代充放电电池的负极材料。然而硅材料在穿插锂过程中巨大的体积变化会造成电极碎裂、电接触不良和不稳定的固液界面，从而使得电极实际容量急剧降低。同时，硅作为电极材料，电子导电性也不是很理想。为解决硅作为电极材料电子导电性不良和体积膨胀的问题，通常将纳米硅颗粒与碳材料混合，如图1所示，图1是传统硅纳米颗粒与碳简单混合示意图，这种结构由于引入了电子导电性优良的碳材料，同时碳材料能一定程度缓解硅材料充放电过程中的体积变化，从而有效提升了电极的倍率性能和循环性能。可由于传统方法直接采用碳与硅材料混合，碳材料不能很理想地包覆硅材料，尽管具有一定作用，然而效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术提出的一种包覆硅纳米球的方法，可解决传统直接采用碳与硅材料混合，碳材料不能很理想地包覆硅材料的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种包覆硅纳米球的方法，包括步骤一：准备碳源溶液；称量一定量碳源粉末，同时用量筒量取适量去离子水，将该碳源粉末溶解于准备好的去离子水中，然后搅拌形成澄清的碳源溶液，随后放入适量纳米硅粉继续搅拌形成浑浊的溶液；步骤二：水热处理碳源溶液；将上述浑浊溶液倒入不锈钢水热反应釜中密封，随后将反应釜放入鼓风干燥箱中，180℃条件下水热反应6h，自然冷却至室温后打开水热反应釜，将反应后的产物清洗过滤后在100℃条件下干燥12h，碾磨后得到棕色的粉末样品；步骤三：高温加热方法；称量适量步骤二中所得棕色的粉末样品，将粉末样品放入试管中，同时持续通入氮气将试管内的氧气排空，通过高温加热对粉末样品进行处理，直到硅碳石榴结构形成。进一步的，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂或糠醛树脂。进一步的，所述步骤一中用磁力搅拌器搅拌成澄清的碳源溶液。进一步的，所述步骤三中高温加热为900℃高温加热。由上述技术方案可知，本专利技术利用碳的前驱物与硅纳米球混合，随后利用高温加热法对混合物进行处理，直至得到碳硅石榴结构，从而缓解硅材料在充放电过程中出现的问题，使得实际比容量更高更稳定，同时提升电极的电子导电性和缓解其体积膨胀。不仅如此，本专利技术的制备方法简单、经济和环保，将使得大规模生产这种硅碳石榴结构成为可能。本专利技术的包覆硅纳米球的方法具有以下有益效果：由于本专利技术中采用碳的前驱物，即粘稠状或者液态的有机物与纳米硅颗粒混合，并进一步碳化得到硅/碳的核/壳结构，相对固态碳与纳米硅颗粒混合，能更好地包覆，并有效提升电极材料的电子导电性和缓解充放电过程中的体积变化。附图说明图1是本专利技术的硅纳米颗粒与碳简单混合示意图；图2是本专利技术硅碳石榴结构制备过程示意图；图3是本专利技术单颗碳包覆硅纳米颗粒透射电子显微镜图；图4是本专利技术硅碳石榴结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图2所示，本实施例所述的包覆硅纳米球的方法，包括：步骤一：准备葡萄糖溶液；用电子秤称量27g葡萄糖粉末，同时用量筒量取100mL去离子水，将27g葡萄糖粉末溶解于100mL去离子水中，用磁力搅拌器搅拌10min形成澄清的葡萄糖溶液，随后放入2g纳米硅粉继续搅拌10min形成浑浊的溶液。步骤二：水热处理葡萄糖；将该溶液倒入250mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢水热反应釜中密封，随后将反应釜放入鼓风干燥箱中，180℃条件下水热反应6h，自然冷却至室温后打开水热反应釜，将反应后的产物清洗过滤后在100℃条件下干燥12h，碾磨后得到棕色的粉末样品。步骤三：高温加热方法；用电子秤称量10g棕色的粉末样品，将粉末样品放入试管中，同时持续通入氮气将试管内的氧气排空，利用900度高温加热方法对粉末样品进行处理。如上，直到硅碳石榴结构形成，如图3和图4所示，碳包覆后的硅碳复合材料呈现石榴结构，即硅纳米颗粒有效包覆于碳三维结构里面。而传统的硅碳复合材料只是简单地混合，难以实现有效包覆。以上所述的实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的范围进行限定，在不脱离本专利技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本专利技术的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包覆硅纳米球的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：准备碳源溶液；称量一定量碳源粉末，同时用量筒量取适量去离子水，将该碳源粉末溶解于准备好的去离子水中，然后搅拌形成澄清的碳源溶液，随后放入适量纳米硅粉继续搅拌形成浑浊的溶液；步骤二：水热处理碳源溶液；将上述浑浊溶液倒入不锈钢水热反应釜中密封，随后将反应釜放入鼓风干燥箱中，180℃条件下水热反应6h，自然冷却至室温后打开水热反应釜，将反应后的产物清洗过滤后在100℃条件下干燥12h，碾磨后得到棕色的粉末样品；步骤三：高温加热方法；称量适量步骤二中所得棕色的粉末样品，将粉末样品放入试管中，同时持续通入氮气将试管内的氧气排空，通过高温加热对粉末样品进行处理，直到硅碳石榴结构形成。

【技术特征摘要】
1.一种包覆硅纳米球的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：准备碳源溶液；称量一定量碳源粉末，同时用量筒量取适量去离子水，将该碳源粉末溶解于准备好的去离子水中，然后搅拌形成澄清的碳源溶液，随后放入适量纳米硅粉继续搅拌形成浑浊的溶液；步骤二：水热处理碳源溶液；将上述浑浊溶液倒入不锈钢水热反应釜中密封，随后将反应釜放入鼓风干燥箱中，180℃条件下水热反应6h，自然冷却至室温后打开水热反应釜，将反应后的产物清洗过滤后在100℃条件下干燥12h，碾磨后得到棕色的粉末样品；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，
申请(专利权)人：成都巴特瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51