一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，其步骤如下：将气相法白炭黑与镁粉按一定的物质的量之比混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用盐酸溶液酸蚀以除去其中的MgO和Mg

A preparation method of silicon anode composite for Li-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，属于硅材料制备

技术介绍
硅以其较高的理论嵌锂比容量和较低的嵌/脱锂电位，被认为是目前极具应用前景的锂离子电池负极材料之一。但是，硅在脱嵌锂的过程中存在明显的体积膨胀并且导电性差。为解决这一问题科研人员提出了很多方法，如改变硅的形态，制备硅纳米线、纳米管、纳米薄膜、空心球等来缓解它的体积效应；虽然这些方法制备的锂离子电池负极材料表现出了较好的性能，但是其制备成本较高制备工艺复杂，镁热还原以其反应温度低，工艺更加简单，对设备要求低的优点成为可行路径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种白炭黑镁热还原硅基复合材料及其制备方法，具体包括以下步骤：(1)按白炭黑和镁粉质量比为1:(0.8～1.2)的比例将白炭黑与镁粉混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用1mol/LHCl溶液酸蚀以除去其中的副产物，离心分离，真空干燥后得到酸蚀样品。(2)按15～30g/L的比例将酸蚀样品加入0.1mol/LHCl溶液中，室温超声分散10～30min；然后加入三乙氧基硅烷，其中，HCl溶液与三乙氧基硅烷的体积比为10:1～20:1，室温磁力搅拌30～40min，离心分离，60～80℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下800～1000℃处理1～2h得到SiOx包覆样品NPs-Si@SiOx。(3)按20～30g/L的比例将NPs-Si@SiOx加入1mol/LHCl溶液中室温超声10～30min，加入苯胺，其中，苯胺与HCl溶液的体积比为1:10～1:5，室温磁力搅拌10min得到NPs-Si@SiOx悬浮液；按150～200g/L称取过硫酸铵溶解在0.5～1mol/LHCl溶液中配制过硫酸铵溶液，在室温磁力搅拌下将过硫酸铵溶液缓慢滴入NPs-Si@SiOx悬浮液中，其中，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:1～1.5:1，并继续室温磁力搅拌10～12h得到悬浮液，离心分离，60～80℃干燥8～12h，将其转移至石墨舟内，氩气气氛下800～1000℃处理1～2h，得到NPs-Si@SiOx@C复合包覆的样品。优选的，本专利技术步骤(1)中热处理的温度为700℃，热处理的时间为10h，真空干燥的条件为：60℃真空干燥12h。优选的，本专利技术所述的离心分离速度为9600r/min。除特殊说明外，本专利技术所有原料均为市售分析纯。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术使用的镁热还原法是一种反应温度低，工艺简单，设备要求低，能够实现工业化生产的方法。(2)本专利技术中使用的白炭黑为气相法白炭黑，价格低廉，粒径小，纯度高分散性能好、具有多孔性，使镁热还原处理后获得的硅材料具有颗粒尺寸小、比表面积大的优点。(3)本专利技术利用有机物高温热解的方法在硅材料表面包覆SiOx以及碳层形成NPs-Si@SiOx@C复合结构，该复合结构大大提高了硅材料的导电性和循环稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例1的锂离子电池硅负极复合材料的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例1的锂离子电池硅负极复合材料的透射电镜图。具体实施方式下面结合具体实施例本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将气相法白炭黑与镁粉以质量比1:0.8的比例混合均匀后，转移至石墨坩埚在管式炉中氩气气氛下，700℃下保温10h，冷却至室温取出，将镁热还原产物用1mol/L的HCl酸蚀，以除去其中的MgO、Mg2Si等杂质，然后进行离心分离(离心分离速度为9600r/min)和过滤，60℃真空干燥8h，得到NPs-Si。(2)按15g/L的比例将酸蚀样品加入20ml浓度为0.1mol/LHCl溶液中室温超声分散30min，加入1ml的三乙氧基硅烷，室温磁力搅拌30min，离心分离()，80℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下1000℃处理1h得到SiOx包覆样品。(3)按20g/L的比例将NPs-Si@SiOx加入1mol/LHCl溶液中室温超声10min，加入苯胺，其中，苯胺与HCl溶液的体积比为1:7，室温磁力搅拌10min；按150g/L称取过硫酸铵溶解在0.7mol/LHCl溶液中配制过硫酸铵溶液，在室温磁力搅拌下将过硫酸铵的盐酸溶液缓慢滴入的NPs-Si@SiOx悬浮液中，其中过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.4:1，并继续室温磁力搅拌10h得到墨绿的悬浮液，离心分离，60℃真空干燥10h，将其转移至石墨舟内，氩气气氛下800℃处理2h，得到NPs-Si@SiOx@C复合包覆的样品。将NPs-Si@SiOx@C复合包覆材料作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试，极片浆料的配比为硅复合材料:乙炔黑:海藻酸钠＝6:2:2；以锂片为参比电极，制备CR2025型纽扣电池。在2C电流密度下，放电比容量为2407.4mAh/g；与商业硅复合材料负极相比，本专利技术制备的硅负极复合材料具有更高的容量(见表1)。实施例2一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将气相法白炭黑与镁粉以质量比1:1.2的比例混合均匀后，转移至石墨坩埚在管式炉中氩气气氛下，700℃下保温10h，冷却至室温取出，将镁热还原产物用1.5mol/L的HCl酸蚀，以除去其中的MgO、Mg2Si等杂质，然后进行离心分离(离心分离速度为9600r/min)和过滤，70℃真空干燥10h，得到NPs-Si。(2)按30g/L的比例将酸蚀样品加入15ml浓度为0.1mol/LHCl溶液中室温超声分散10min，加入1ml的三乙氧基硅烷，室温磁力搅拌40min，离心分离，70℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下800℃处理2h得到SiOx包覆样品。(3)按27g/L的比例将NPs-Si@SiOx加入1mol/LHCl溶液中室温超声30min，加入苯胺，其中，苯胺与HCl溶液的体积比为1:5，室温磁力搅拌10min；按200g/L称取过硫酸铵溶解在1mol/LHCl溶液中配制过硫酸铵溶液，在室温磁力搅拌下将过硫酸铵的盐酸溶液缓慢滴入的NPs-Si@SiOx悬浮液中，其中过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1.5:1，并继续室温磁力搅拌12h得到墨绿的悬浮液，离心分离，80℃真空干燥12h，将其转移至石墨舟内，氩气气氛下1000℃处理1h，得到NPs-Si@SiOx@C复合包覆的样品。(3)取0.1985g的SiOx包覆，分散于7.1ml的1mol/LHCl中室温超声30min，加入0.95ml的苯胺，室温磁力搅拌10min，称取2.9407g的过硫酸铵，将其溶解在12.8ml的1mol/L的HCl溶液中配制酸铵溶液，将12.8ml酸铵溶液也缓慢的滴加到7.1ml前述NPs-Si@SiOx悬浮液中，并继续室温磁力搅拌12h得到墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n(1)按白炭黑和镁粉质量比为1:(0.8～1.2)的比例将白炭黑与镁粉混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用1mol/LHCl溶液酸蚀以除去其中的副产物，离心分离，真空干燥后得到酸蚀样品；/n(2)按15～30g/L的比例将酸蚀样品加入0.1mol/L HCl溶液中，室温超声分散10～30min；然后加入三乙氧基硅烷，其中，HCl溶液与三乙氧基硅烷的体积比为10:1～20:1，室温磁力搅拌30～40min，离心分离，60～80℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下800～1000℃处理1～2h得到SiO

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)按白炭黑和镁粉质量比为1:(0.8～1.2)的比例将白炭黑与镁粉混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用1mol/LHCl溶液酸蚀以除去其中的副产物，离心分离，真空干燥后得到酸蚀样品；
(2)按15～30g/L的比例将酸蚀样品加入0.1mol/LHCl溶液中，室温超声分散10～30min；然后加入三乙氧基硅烷，其中，HCl溶液与三乙氧基硅烷的体积比为10:1～20:1，室温磁力搅拌30～40min，离心分离，60～80℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下800～1000℃处理1～2h得到SiOx包覆样品NPs-Si@SiOx；
(3)按20～30g/L的比例将NPs-Si@SiOx加入1mol/LHCl溶液中室温超声10～30min，加入苯胺，其中，苯胺与HCl溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玉忠，任晓，黄瑞安，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53