本发明专利技术提供了一种利用四氯化硅生产纳米二氧化硅进而制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法。本发明专利技术采用四氯化硅、石墨为原料，并以葡萄糖、柠檬酸、聚乙二醇400等作为碳源，采用二次碳包覆工艺，制备出二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料，与商业化的石墨基锂离子电池负极材料比较，本发明专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池复合负极材料稳定比容量与石墨基锂离子电池稳定比容量相比，比容量大约提高了24％，并且循环性能优异。
【技术实现步骤摘要】
一种利用四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法
本专利技术属于多晶硅生产的副产物四氯化硅的利用以及锂离子电池
，具体涉及一种利用多晶硅生产的副产物四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法。
技术介绍
目前规模化和商品化的锂离子电池负极材料主要以天然和人造石墨进行表面修饰及不同热解炭源包覆等工艺制备而成，制备的负极材料放电比容量360mAh/g左右,充放电次数500次左右；钛基氧化物复合材料由于倍率性能较佳已经成为大功率电池的负极材料，但比容量较低，放电比容量225.5mAh/g左右(张颂等.喷雾干燥法制备炭包覆TiO2锂离子电池负极材料[J].电源技术，2014，38(10)，1795-1798)；合金、过渡金属氧化物等负极材料由于循环性能、首次效率等技术环节未取得突破仍处在研究阶段；韩国三星电子研发团队已研发出高容量石墨烯涂层硅锂离子负极材料(电源技术[J]，2015，39(8)，1581-1584)，但材料在循环性能不稳定等问题未进行解决之前相信也很难规模化应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料，该负极材料是以多晶硅生产的副产物四氯化硅、石墨为原料，并以葡萄糖、柠檬酸等作为碳源，采用二次碳包覆工艺，制备出二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现。(1)称取120重量份无水乙醇，置于可加热磁力搅拌器上，常温下，取1-8重量份柠檬酸加入无水乙醇中，使其完全溶解，调节加热源将温度控制在10～50℃，再加入1-8重量份葡萄糖，边加边溶解，待溶解完全，再加1-6重量份聚乙二醇400，7-30重量份四氯化硅，搅拌5分钟，在10-50℃，搅拌条件下，滴入氨水，每1～2s滴一滴，溶液pH5-10为终点，制得二氧化硅溶胶；(2)将上述溶胶用电炉加热0.5-3小时浓缩至稠膏状，然后放入烘箱，在105℃条件下干燥1-5h，干燥后置于氮气气氛炉中以2-5℃/min加热煅烧，200℃保温1-3小时，350℃保温1-3小时，850℃保温1-5小时，使葡萄糖、柠檬酸等碳源热解纯化为热解碳，然后自然冷却至室温，研磨15分钟，100-300目过筛制得碳包覆纳米二氧化硅前驱体备用；(3)取上述前驱体1-3重量份,加球形天然石墨1-3重量份，加入40％葡萄糖水溶液5-12重量份，补充无水乙醇，在行星式球磨机中进行湿法球磨3-20h制得混悬液待用；(4)将上述混悬液中研磨用小球取出，用无水乙醇洗涤小球，洗涤液与混悬液合并，将混悬液用电炉浓缩至稠膏状，在氮气气氛炉中以2-10℃/min加热煅烧，100-200℃保温2小时，250-550℃保温1小时，600-1200℃保温2小时，使葡萄糖热解纯化为热解碳，自然冷却至室温；(5)研磨15分钟，过200目筛，制得二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。所述碳源为葡萄糖、柠檬酸、聚乙二醇400。所述步骤(2)中加热煅烧时，优选350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min。所述步骤(4)中加热煅烧时，优选350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min。所述二氧化硅/石墨/碳重量比为：25-30:33-58:34-40。本专利技术的二次碳包覆过程为先以葡萄糖、柠檬酸、聚乙二醇400作为碳源，对纳米二氧化硅进行碳包覆，经碳包覆后的纳米二氧化硅再与石墨混合，以葡萄糖作为碳源进行二次碳包覆，大大提升了电池的导电性能。本专利技术采用多晶硅生产中的副产物四氯化硅来制备二氧化硅，进而制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料，为多晶硅生产副产物四氯化硅提供了一种新的利用途径。经测试，本专利技术的锂离子电池负极材料经过30次循环，循环后比容量稳定在448mAh/g,容量保持率接近100％，与商业化的石墨基锂离子电池负极材料比较，本专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池复合负极材料稳定比容量与石墨基锂离子电池稳定比容量相比，比容量大约提高了24％，并且循环性能优异。本专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料合成工艺无污染，成本低。附图说明图1是本专利技术碳包覆纳米二氧化硅前驱体SEM照片。图2是本专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料XRD图。图3是本专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料首次充放电曲线。图4是本专利技术的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料循环性能图。具体实施方式下面，对本专利技术的实施方式进行说明。实施例1(1)用天平称取葡萄糖5g、柠檬酸3.5g、分别倒入50mL烧杯中。量取300mL无水乙醇倒入500mL的锥形瓶中，加入搅拌子1g，并放在可加热磁力搅拌器上调整旋转速率300转/分钟进行搅拌。在常温条件，向300mL无水乙醇里加入柠檬酸并溶解完全。调节加热源将温度控制在45～50℃，再加入葡萄糖边加边溶解，待溶解完全。再加2ml聚乙二醇400，20ml四氯化硅搅拌5分钟。45-50℃，搅拌条件下滴入氨水，每1～2s滴一滴，溶液pH6-7为终点，制得二氧化硅溶胶。(2)将上述溶胶转入1000ml烧杯中电炉浓缩至稠膏状(约1小时)，放入烘箱在105℃条件下干燥2h，在氮气气氛炉中以2-5℃/min升温速度加热煅烧，200℃保温2小时、350℃保温1小时、850℃保温2小时条件下热解纯化，自然冷却至室温。其中350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min，研磨15分钟，200目过筛备用，制得碳包覆纳米二氧化硅前驱体。(3)取上述前驱体4.0g,加球形天然石墨4g，加入40％葡萄糖水溶液15ml，补充无水乙醇稀释至80ml,在型号XTH-1S-C行星式球磨机(南京南大仪器厂)进行湿法球墨12h待用。(球：溶质：溶剂为15：1：6(质量比)，球直径2mm，球磨杯容积100ml)(4)将上述混悬液中研磨用小球取出，用无水乙醇洗涤并合并，将混悬液电炉浓缩至稠膏状，在氮气气氛炉中煅烧，200℃保温2小时、350℃保温1小时、1100℃保温2小时条件下热解纯化，自然冷却至室温。其中350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min。(5)研磨15分钟，过200目筛包装制备出了二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。该复合锂离子电池负极材料组合物纳米二氧化硅：石墨原料：碳重量比为28:38:34。电化学测试方法:将本专利技术制备出来的负极材料、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVdF)按照80∶10∶10的质量比，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶剂,混合均匀后涂于Cu箔上,120℃干燥12h后，辗压并冲切成直径为12mm的圆片。将圆片在氩气保护的MBRAUNLABstar手套箱中进行模拟电池组装，组装环境H2O和O2的含量低于1×10-6，以金属锂片做负极，Celgard2400做隔膜，1mol·L-1LiPF6/DMC(碳酸二甲酯)+DEC(碳酸二乙酯)+EC(乙烯碳酸酯)(DMC∶DEC∶EC体积比为1∶1∶1)为电解液组装扣式CR2025模拟电池。模拟电池测试采用恒流充放电，充放电电流密度为0.1C和0.2C(1C＝360mA/g)，充放电电压范围为0.003-2.0V。通过对组装模拟电池电化学性能测试，进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取120重量份无水乙醇，置于可加热磁力搅拌器上，常温下，取1‑8重量份柠檬酸加入无水乙醇中，使其完全溶解，调节加热源将温度控制在10～50℃，再加入1‑8重量份葡萄糖，边加边溶解，待溶解完全，再加1‑6重量份聚乙二醇400，7‑30重量份四氯化硅，搅拌5分钟，在10‑50℃，搅拌条件下，滴入氨水，每1～2s滴一滴，溶液pH 5‑10为终点，制得二氧化硅溶胶；(2)将上述溶胶用电炉加热0.5‑3小时浓缩至稠膏状，然后放入烘箱，在105℃条件下干燥1‑5h，干燥后置于氮气气氛炉中以2‑5℃/min加热煅烧，200℃保温1‑3小时，350℃保温1‑3小时，850℃保温1‑5小时，使葡萄糖、柠檬酸碳源等碳源热解纯化为热解碳，然后自然冷却至室温，研磨15分钟，100‑300目过筛制得碳包覆纳米二氧化硅前驱体备用；(3)取上述前驱体1‑3重量份,加球形天然石墨1‑3重量份，加入40％葡萄糖水溶液5‑12重量份，补充无水乙醇，在行星式球磨机中进行湿法球磨3‑20h制得混悬液待用；(4)将上述混悬液中研磨用小球取出，用无水乙醇洗涤小球，洗涤液与混悬液合并，将混悬液用电炉浓缩至稠膏状，在氮气气氛炉中以2‑10℃/min加热煅烧，100‑200℃保温2小时，250‑550℃保温1小时，600‑1200℃保温2小时，使葡萄糖、乙醇热解纯化为热解碳，自然冷却至室温；(5)研磨15分钟，过200目筛，制得二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。...
【技术特征摘要】
1.一种利用四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)称取120重量份无水乙醇，置于可加热磁力搅拌器上，常温下，取1-8重量份柠檬酸加入无水乙醇中，使其完全溶解，调节加热源将温度控制在10～50℃，再加入1-8重量份葡萄糖，边加边溶解，待溶解完全，再加1-6重量份聚乙二醇400，7-30重量份四氯化硅，搅拌5分钟，在10-50℃，搅拌条件下，滴入氨水，每1～2s滴一滴，溶液pH5-10为终点，制得二氧化硅溶胶；(2)将上述溶胶用电炉加热0.5-3小时浓缩至稠膏状，然后放入烘箱，在105℃条件下干燥1-5h，干燥后置于氮气气氛炉中以2-5℃/min加热煅烧，200℃保温1-3小时，350℃保温1-3小时，850℃保温1-5小时，使葡萄糖、柠檬酸碳源等碳源热解纯化为热解碳，然后自然冷却至室温，研磨15分钟，100-300目过筛制得碳包覆纳米二氧化硅前驱体备用；(3)取上述前驱体1-3重量份,加球形天然石墨1-3重量份，加入40％葡萄糖水溶液5-12重量份，补充无水乙醇，在行星式球磨机中进行湿法球磨3-20h制得混悬液待用；(4)将上述混悬液中研磨用小球取出，用无水乙醇洗涤小...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚波林，马少宁，侯春平，
申请(专利权)人：北方民族大学，宁夏博尔特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64
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