一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料及其制备方法，通过先将商用SiO

【技术实现步骤摘要】
一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料及其制备方法
本专利技术涉及负极材料领域技术，尤其是指一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着电动汽车的发展以及便携式设备的小型化、高功能化，对锂离子电池的容量提出了更高要求。锂离子电池的容量主要是依靠正负极活性物质提供，而石墨作为现在主要使用的活性物质，其理论容量为372mAh/g，实际使用的已经达到了约350mAh/g，很难有很大的突破。为了实现锂离子电池的高容量化，有必要开发出更高容量的负极材料来替代石墨。硅碳复合材料由于超高的容量受到关注，目前的文献和专利中的方案主要围绕解决硅基材料体积膨胀、循环稳定性和首效等方面展开，但是只能对其中某一方面进行改善，或者改善的效果不显著，因此有必要开发出新型的制备方法来满足锂离子电池负极材料的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料及其制备方法，其将商用SiO2经喷雾干燥得到微米级SiO2粉体，再经铝热还原、酸洗、干燥得到多孔硅粉，最后以有机物为碳源在Si表面包覆碳层得到硅碳复合负极材料。该方法可通过调整工艺参数来改善复合电极材料的性能，操作简单、易于控制、成本可控，可适合于大规模生产。为实现上述目的，本专利技术采用如下之技术方案：一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将商用SiO2经喷雾干燥得到SiO2粉体；（2）取Mg粉和SiO2粉体，同时加入NaCl，在惰性气氛下进行热处理，自然冷却至室温；（3）将步骤（2）中热处理后的粉末依次经过HCl溶液、HF溶液和去离子水清洗，然后过滤干燥；（4）将有机碳源和步骤（3）中的Si粉溶于水和乙醇的混合溶液中，加入Fe(NO3)2为催化剂，溶液搅拌混合均匀后再干燥处理；（5）将步骤（4）中干燥后的物料在惰性气氛中热解；（6）热解后的物料经过HCl溶液清洗后干燥，得到碳包覆的多孔硅复合电极。作为一种优选方案，所述步骤（2）中SiO2与Mg粉在铝热还原反应下得到多孔Si粉体，步骤（3）中将步骤（2）中冷却的粉末经HCl、HF酸洗去除MgO、Mg和未反应的Si，步骤（4）中热解时加入的Fe(NO3)2热分解形成Fe2O3作为催化剂促进了反应的进行。作为一种优选方案，所述步骤（1）所使用的商用SiO2其型号为LUDOXHS‐30、HS-40、AM、AS-30、AS-40、LS、SK、SM、SM-30、TM-40、TM-50、TMA中商用硅溶胶中的一种或几种，步骤（2）中使用的Mg粉为100～600目。作为一种优选方案，所述步骤（2）中Mg粉与SiO2粉体的摩尔比为1～3：1，加入的NaCl与Mg粉的摩尔比为1～3：1。作为一种优选方案，所述步骤（2）中惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的一种，升温条件是1～5℃/min升温到580℃～780℃，保温时间为3～12h。作为一种优选方案，所述步骤（4）中有机碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、沥青、聚乙二醇、果糖、淀粉中的任意一种，水和乙醇的体积比为1～3：1，Si粉和有机碳源的质量比为1～3：10，加入的Fe(NO3)2为500～700mg。作为一种优选方案，所述步骤（5）中惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的一种，升温条件为5～10℃/min升温到800℃～1200℃，保温时间2h～6h。作为一种优选方案，所述步骤（6）中HCl溶液按溶剂为乙醇与去离子水按体积比1：1、浓度2M配置而成，清洗时间为12～36h。一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料，采用前述一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法制得。本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：先通过喷雾干燥得到粒径均一的微米级SiO2粉体，再通过Mg粉的铝热还原反应制备出具有多孔结构的硅材料，再用有机物为碳源Fe(NO3)2为催化剂对其碳包覆，能够有效降低热解温度的同时形成均匀稳定的硅碳复合电极材料。与商用Si粉直接碳化相比，多孔硅的孔道结构为能够为Li+在嵌入/脱出的过程中提供足够的缓冲空间，能够有效缓解Si的体积膨胀效应，同时均匀包覆的碳层提供了良好导电性的同时，也避免了Si颗粒直接与电解液接触，保证了材料具有高容量、高循环稳定性的同时，也具有良好的首效。本专利技术方法操作简单、过程可控，适合于工业化生产。具体实施方式本专利技术揭示了一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将商用SiO2经喷雾干燥得到SiO2粉体；商用SiO2其型号为LUDOXHS‐30、HS-40、AM、AS-30、AS-40、LS、SK、SM、SM-30、TM-40、TM-50、TMA中商用硅溶胶中的一种或几种。（2）取Mg粉和SiO2粉体，同时加入NaCl，在惰性气氛下进行热处理，自然冷却至室温；所述SiO2与Mg粉在铝热还原反应下得到多孔Si粉体，使用的Mg粉为100～600目；Mg粉与SiO2粉体的摩尔比为1～3：1，加入的NaCl与Mg粉的摩尔比为1～3：1，惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的一种，升温条件是1～5℃/min升温到580℃～780℃，保温时间为3～12h。（3）将步骤（2）中热处理后的粉末依次经过HCl溶液、HF溶液和去离子水清洗，然后过滤干燥；将步骤（2）中冷却的粉末经HCl、HF酸洗去除MgO、Mg和未反应的Si。（4）将有机碳源和步骤（3）中的Si粉溶于水和乙醇的混合溶液中，加入Fe(NO3)2为催化剂，溶液搅拌混合均匀后再干燥处理；有机碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、沥青、聚乙二醇、果糖、淀粉中的任意一种，水和乙醇的体积比为1～3：1，Si粉和有机碳源的质量比为1～3：10，加入的Fe(NO3)2为500～700mg。（5）将步骤（4）中干燥后的物料在惰性气氛中热解；步骤（4）中热解时加入的Fe(NO3)2热分解形成Fe2O3作为催化剂促进了反应的进行；惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的一种，升温条件为5～10℃/min升温到800℃～1200℃，保温时间2h～6h。（6）热解后的物料经过HCl溶液清洗后干燥，得到碳包覆的多孔硅复合电极；HCl溶液按溶剂为乙醇与去离子水按体积比1：1、浓度2M配置而成，清洗时间为12～36h。本专利技术还公开了一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料，采用前述一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法制得。下面以多个实施例对本专利技术作进一步详细说明：实施例1：一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将商用SiO2在150℃时喷雾干燥得到微米级SiO2粉体。（2）取1.26gMg粉（300目）和1.44gSiO2粉体混合，加入3.97gNaCl，混合均匀后在管式炉中氩气氛下以1℃/min升温到580℃保温6h，自然冷却到室温。（3）将冷却后的物料倒入24ml2MHCl（溶剂水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n（1）将商用SiO

【技术特征摘要】
20200224 CN 20201011151921.一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将商用SiO2经喷雾干燥得到SiO2粉体；
（2）取Mg粉和SiO2粉体，同时加入NaCl，在惰性气氛下进行热处理，自然冷却至室温；
（3）将步骤（2）中热处理后的粉末依次经过HCl溶液、HF溶液和去离子水清洗，然后过滤干燥；
（4）将有机碳源和步骤（3）中的Si粉溶于水和乙醇的混合溶液中，加入Fe(NO3)2为催化剂，溶液搅拌混合均匀后再干燥处理；
（5）将步骤（4）中干燥后的物料在惰性气氛中热解；
（6）热解后的物料经过HCl溶液清洗后干燥，得到碳包覆的多孔硅复合电极。


2.根据权利要求1所述的一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中SiO2与Mg粉在铝热还原反应下得到多孔Si粉体，步骤（3）中将步骤（2）中冷却的粉末经HCl、HF酸洗去除MgO、Mg和未反应的Si，步骤（4）中热解时加入的Fe(NO3)2热分解形成Fe2O3作为催化剂促进了反应的进行。


3.根据权利要求1所述的一种低温碳包覆多孔硅复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）所使用的商用SiO2其型号为LUDOXHS‐30、HS-40、AM、AS-30、AS-40、LS、SK、SM、SM-30、TM-40、TM-50、TMA中商用硅溶胶中的一种或几种，步骤（2）中使用的Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东辉，周鹏伟，白宇，李二威，
申请(专利权)人：深圳市翔丰华科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44