由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料及制备方法与其在锂离子电池负极材料中的应用技术

本发明专利技术公开了由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料及制备方法与其在锂离子电池负极材料中的应用，属于锂离子电池技术领域。该方法包括：将硅‑金属合金粉末，用酸腐蚀，加入含碳化合物，完成表面包覆，煅烧，得到复合材料。二维硅纳米片是复合材料的核心部分，其关键是用表面活性剂改性共晶硅矩阵框架的表面，将含碳化合物包覆在共晶硅矩阵框架表面，煅烧后，表面有机物被热解成碳而形成均匀包覆层，得到由碳包覆的二维硅纳米片组装成的微球。碳包覆层主要起导电并抑制硅体积膨胀的作用，硅作为电化学活性材料储存能量。该复合材料可作为新能源电动汽车等大功率领域锂离子电池负极材料，具有较高的比容量、长周期循环性能好和优异的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料及制备方法与其在锂离子电池负极材料中的应用
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料及制备方法与其在锂离子电池负极材料中的应用。
技术介绍
随着全球性石油资源紧缺与气候环境的不断恶化，发展清洁节能的新能源汽车受到世界各国的高度重视，而动力电源是新能源汽车发展的关键。目前，商业上锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但其也有一定的缺陷，其理论容量仅有372mAhg-1，无法满足未来对锂离子电池高能量密度的需求，所以开发新型锂离子电池负极材料成为目前研究的重点。硅基负极材料具有高的理论比容量(4200mAhg-1)、和较低的脱锂电位(<0.5V)，环境友好及成本低廉的优点，受到科研人员的青睐。然而，硅基负极材料在工业化的过程中也同样遇到一些挑战，硅在充放电过程中体积膨胀效应高达300％，从而引发结构坍塌、粉化等问题，严重制约了硅作为锂电负极材料的应用。所以，抑制硅反应中的体积膨胀效应，改善硅导电性等问题成为研究的关键。其中，将硅与碳结合形成硅碳复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）将硅-金属合金粉末用酸性物质进行腐蚀，离心洗涤，得到腐蚀后的粉末；将所述腐蚀后的粉末分散在溶剂中，加入表面活性剂，进行表面改性处理，得到改性后的混合液；/n（2）往步骤（1）所述改性后的混合液中加入含碳化合物及碱性物质，混合均匀，室温下进行缩聚反应，然后水热反应，离心取沉淀，洗涤，干燥，得到包覆后的合金粉末；/n（3）将步骤（2）所述包覆后的合金粉末升温进行煅烧处理，得到所述由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将硅-金属合金粉末用酸性物质进行腐蚀，离心洗涤，得到腐蚀后的粉末；将所述腐蚀后的粉末分散在溶剂中，加入表面活性剂，进行表面改性处理，得到改性后的混合液；
（2）往步骤（1）所述改性后的混合液中加入含碳化合物及碱性物质，混合均匀，室温下进行缩聚反应，然后水热反应，离心取沉淀，洗涤，干燥，得到包覆后的合金粉末；
（3）将步骤（2）所述包覆后的合金粉末升温进行煅烧处理，得到所述由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料。


2.根据权利要求1所述的由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硅-金属合金粉末为硅铝合金、硅铁合金、硅镁合金、硅锰合金和硅钙合金粉末中的一种及以上；在所述硅-金属合金粉末中，硅与金属的质量比为80:20-5:95，所述硅-金属合金粉末的尺寸为0.5-5微米。


3.根据权利要求1所述的由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述酸性物质为盐酸、硫酸及草酸中的一种及以上；所述酸性物质的浓度为1-4mol/L；所述硅-金属合金粉末浸泡在酸性物质的时间为12-48h；步骤（1）所述溶剂为水及乙醇中的一种及以上；所述硅-金属合金粉末与溶剂的质量体积比为1:10-1:50g/mL。


4.根据权利要求1所述的由二维硅纳米片自组装的硅碳微球复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵及十二烷基苯磺酸钠中的一种及以上；所述表面活性剂与硅-金属合金粉末的质量比为0.001:1-0.1:1；步骤（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴松平，付丽丽，宋杨，孙浩，琚家豪，徐鑫，王绎君，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44