一种用于制备改性硅负极复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：1）向氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ；2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用氢氟酸溶液浸泡5‑8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；3）将中间体Ⅱ与锡粉混合球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。本发明专利技术公开的改性硅负极复合材料是通过分步掺杂氟和多种金属元素，可以有效降低材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以改善材料的电子导电性和循环稳定性，提升电池的电池容量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备改性硅负极复合材料的方法
本专利技术涉及锂电池
，具体涉及一种用于制备改性硅负极复合材料的方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有能量比高、质量轻、额定电压高、自放电率低等优点而被学术界和产业界广泛研究和应用。目前，锂电池负极材料主要包括锂嵌入型材料、锂合金材料和锂金属等。但随着社会的进一步发展，如电动汽车在动力源方面的要求，现有的锂离子电池体系在价格、安全性、比容量和功率性能、原材料的富足等方面都还有待提高。开发更高性能的材料和与之对应的锂离子电池极为重要。硅负极具有高的能量密度、丰富的自然资源，是十分理想的下一代锂离子电池负极材料，成为了该领域研究热点。硅在常温下可与锂合金化，生成Li15Si4相，理论比容量高达3572mA˙h/g，是商业化石墨理论比容量(372mA˙h/g)的十倍左右，因此硅有望成为下一代高能量密度储能材料和汽车动力装置的锂离子电池的负极。但是硅负极材料本身存在电导率低和体积膨胀的问题，这些问题会严重影响电池的容量和使用寿命，因而限制了硅负极材料的应用。
技术实现思路
基于
技术介绍
的问题，本专利技术意在提出一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其可以有效缓解材料的体积膨胀，循环性能好。为实现该上述目的，本专利技术公开了如下方案：一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：1）向浓度为15-20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:8-10:1-2；2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯按1:3-6的质量比置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用浓度为40-50g/L的氢氟酸溶液浸泡5-8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；3）将中间体Ⅱ与锡粉按照6-8:1的质量比混合，球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。本专利技术公开的改性硅负极复合材料是通过分步掺杂氟和多种金属元素，可以有效降低材料在脱嵌锂过程中的体积变化，以改善材料的电子导电性和循环稳定性，提升电池的电池容量。具体来说，本专利技术先是在氢氟酸溶液中均匀分散纳米硅和锑粉，然后高温烧结，这样可以确保纳米硅中同时掺杂有氟和锑，之后在氧化石墨烯和偏钒酸铵的作用下引入碳源，这样得到的氟-锑掺杂硅碳负极材料不仅比表面积大，而且掺杂的均匀性好，结构稳定。不仅如此，烧结后得到的产物通过氢氟酸快速浸泡刻蚀，这样得到的中间体Ⅱ掺杂锡粉的效果更佳，得到的负极复合材料电子导电率高，体积膨胀得到有效缓解，内阻小，因而硅材料的循环稳定性好。优选的，所述步骤2）中偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为0.5-1:1.5-2:10。具体的，步骤2)中的溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。具体的，步骤2)中的碳源为沥青、苯酚、蔗糖或葡萄糖中的一种。优选的，步骤1）中的高温烧结是将干燥物置于500-600℃的氩气气氛中高温烧结1-2h。优选的，步骤2）中的高温烧结是先将干燥物先置于200-260℃中高温烧结1.5-2h，然后在再以10-15min/℃的速度升温至1200-1300℃，保温6-10h，冷却。采用分阶段温度烧结干燥物，这样可以有效提高中间体Ⅱ的结构稳定性和比表面积。优选的，步骤3）中的高温烧结是球磨混合物置于900-1000℃的氩气气氛中高温烧结5-6h。优选的，步骤3）中是将混合物以400-600r/min的转速球磨5-10h。具体实施方式为了更清楚的理解本专利技术公开的技术方案，以下通过实施例1-9和对比例来做进一步的说明。实施例1：1）向浓度为20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，置于550℃的氩气气氛中高温烧结2h，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:9:2；2）向中间体Ⅰ中加入3倍质量的氧化石墨烯于丙酮中超声分散2h，然后加入偏钒酸铵和沥青充分分散，喷雾干燥，将干燥物先置于200℃中高温烧结1.5h，然后在再以15min/℃的速度升温至1300℃，保温8h，待冷却后用浓度为50g/L的氢氟酸溶液浸泡5min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ，偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为1:2:10；3）将中间体Ⅱ与锡粉按照7:1的质量比混合，将混合物以500r/min的转速球磨8h，然后将球磨混合物置于1000℃的氩气气氛中高温烧结5h，得改性硅负极复合材料。实施例2：1）向浓度为20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，置于600℃的氩气气氛中高温烧结2h，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:9:2；2）向中间体Ⅰ中加入3倍质量的氧化石墨烯于丙酮中超声分散2h，然后加入偏钒酸铵和沥青充分分散，喷雾干燥，将干燥物先置于200℃中高温烧结2h，然后在再以12min/℃的速度升温至1250℃，保温8h，待冷却后用浓度为50g/L的氢氟酸溶液浸泡5min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ，偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为1:2:10；3）将中间体Ⅱ与锡粉按照7:1的质量比混合，将混合物以500r/min的转速球磨10h，然后将球磨混合物置于1000℃的氩气气氛中高温烧结6h，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。实施例3：1）向浓度为20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，置于500℃的氩气气氛中高温烧结2h，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:9:2；2）向中间体Ⅰ中加入3倍质量的氧化石墨烯于丙酮中超声分散2h，然后加入偏钒酸铵和沥青充分分散，喷雾干燥，将干燥物先置于230℃中高温烧结2h，然后在再以15min/℃的速度升温至1300℃，保温10h，待冷却后用浓度为40g/L的氢氟酸溶液浸泡8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ，偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为1:2:10；3）将中间体Ⅱ与锡粉按照7:1的质量比混合，将混合物以400r/min的转速球磨10h，然后将球磨混合物置于1000℃的氩气气氛中高温烧结5h，得改性硅负极复合材料。实施例4：1）向浓度为20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，置于600℃的氩气气氛中高温烧结1h，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:8:2；2）向中间体Ⅰ中加入5倍质量的氧化石墨烯于N-甲基吡咯烷酮中超声分散2h，然后加入偏钒酸铵和苯酚充分分散，喷雾干燥，将干燥物先置于200℃中高温烧结2h，然后在再以12min/℃的速度升温至1300℃，保温6h，待冷却后用浓度为40g/L的氢氟酸溶液浸泡8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ，偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为0.5:2:10；3）将中间体Ⅱ与锡粉按照6:1的质量比混合，将混合物以600r/min的转速球磨5h，然后将球磨混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：/n1）向浓度为15-20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:8-10:1-2；/n2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯按1:3-6的质量比置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用浓度为40-50g/L的氢氟酸溶液浸泡5-8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；/n3）将中间体Ⅱ与锡粉按照6-8:1的质量比混合，球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于制备改性硅负极复合材料的方法，其步骤如下：
1）向浓度为15-20g/L氢氟酸溶液中加入纳米硅和锑粉均匀分散，喷雾干燥，高温烧结，得中间体Ⅰ，氢氟酸溶液中的氢氟酸与纳米硅、锑粉的摩尔比为1:8-10:1-2；
2）将中间体Ⅰ和氧化石墨烯按1:3-6的质量比置于溶剂中超声分散，然后加入适量的偏钒酸铵和碳源充分分散，喷雾干燥、高温烧结，待冷却后用浓度为40-50g/L的氢氟酸溶液浸泡5-8min，水洗至中性，烘干，得中间体Ⅱ；
3）将中间体Ⅱ与锡粉按照6-8:1的质量比混合，球磨，然后高温烧结，得改性硅负极复合材料。


2.根据权利要求1所述用于制备改性硅负极复合材料的方法，其特征在于：所述步骤2）中偏钒酸铵、碳源和中间体Ⅰ的质量比为0.5-1:1.5-2:10。


3.根据权利要求2所述用于制备改性硅负极复合材料的方法，其特征在于：步骤2)中的溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮。


4.根据权利要求3所述用于制备改性硅负极复合材料的方法，其特征在于：步骤2)中的碳源为沥青、苯酚、蔗糖或葡萄糖中的一种。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小玲，
申请(专利权)人：合肥克米克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34