一种石墨提纯与多孔硅碳制备同步的构筑石墨多孔硅碳复合负极材料的方法技术

本发明专利技术为了克服硅基负极材料在充放电过程中的体积效应，满足锂离子电池在实际应用过程中对硅碳复合材料的首周库仑效率和循环稳定性的要求，以纳米硅为核通过溶胶‑凝胶的方法制备二氧化硅壳层，进而将纳米硅/二氧化硅微球与有机碳源、沥青和石墨，尤其是未经提纯的天然石墨进行复合制备石墨‑多孔硅碳复合材料，所述石墨‑多孔硅碳复合材料的克容量可达到500‑600mAh/g，远高于现有的石墨负极(～350mAh/g)，可用做高能量密度锂离子电池的负极用在3C电子产品，尤其适合用于对于电池能量密度要求较高的电动汽车及无人机上。与此同时，本发明专利技术所述制备方法可以同步实现天然石墨的提纯与多孔硅的制备，构筑石墨/多孔硅碳复合负极材料，具有重要的环保意义和经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨提纯与多孔硅碳制备同步的构筑石墨多孔硅碳复合负极材料的方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体涉及一种石墨-多孔硅碳复合负极材料，尤其涉及一种石墨提纯与多孔硅碳制备同步的构筑石墨/多孔硅碳复合负极材料的方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池的应用领域逐渐扩大，除了电子消费品领域外，锂离子电池在电动车、储能等领域的应用也越来越广泛。对于不同的用电设备来说，对锂离子电池的性能要求也不尽相同，但是大部分应用领域对电池的能量密度的要求都越来越高。影响锂离子电池能量密度的因素较多，其中最主要的是正负极活性物质的比容量。锂离子电池使用最广泛的负极活性物质为石墨材料，而石墨材料的理论比容量只有372mAh/g，限制了电池能量密度的提高。虽然新的负极活性物质的研发成果中不乏高比容量材料，如硅基负极材料的理论比容量高达4200mAh/g，但是由于其在使用过程中的体积变化等原因而使其应用前景依然不容乐观。而解决硅材料在充放电过程中巨大的体积变化的最好的方案之一是制备多孔硅，预留体积膨胀的空间。典型的制备多孔硅的方法是利用某些模板剂的作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨-多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)制备Si@SiO2复合物/n将纳米硅分散在70-80wt％的乙醇水溶液中制备浓度为20-30wt％的混合溶液，加入氨水剧烈搅拌2-4h，滴加四乙氧基硅烷(TEOS)完毕后，室温搅拌6-24h；所述四乙氧基硅烷(TEOS)与纳米硅的质量比是10-20:1；离心、水洗后得到Si@SiO2复合物；/n(2)制备纳米硅/二氧化硅微球/n将步骤(1)得到Si@SiO2复合物与有机碳源混合后加入20-30wt％的乙醇水溶液中，搅拌0.5-2h后进行喷雾干燥，干燥后经破碎处理制备粒径为2-6μm的纳米硅/二氧化硅微球；其中，以...

【技术特征摘要】
1.一种石墨-多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备Si@SiO2复合物
将纳米硅分散在70-80wt％的乙醇水溶液中制备浓度为20-30wt％的混合溶液，加入氨水剧烈搅拌2-4h，滴加四乙氧基硅烷(TEOS)完毕后，室温搅拌6-24h；所述四乙氧基硅烷(TEOS)与纳米硅的质量比是10-20:1；离心、水洗后得到Si@SiO2复合物；
(2)制备纳米硅/二氧化硅微球
将步骤(1)得到Si@SiO2复合物与有机碳源混合后加入20-30wt％的乙醇水溶液中，搅拌0.5-2h后进行喷雾干燥，干燥后经破碎处理制备粒径为2-6μm的纳米硅/二氧化硅微球；其中，以Si@SiO2复合物和有机碳源的总质量计，有机碳源的质量百分比为1-5％；
(3)石墨/纳米硅/二氧化硅复合颗粒
将步骤(2)得到纳米硅/二氧化硅微球与石墨按照重量比1:5-20的比例混合，研磨1-2h后，加入沥青后继续研磨0.5-1h，在400-600℃条件下加热1-4h，制备得到石墨/纳米硅/二氧化硅复合颗粒；其中，以纳米硅/二氧化硅微球、石墨和沥青的总质量计，沥青的质量百分比为1-10％；石墨的粒径为1-6μm；
(4)酸处理
将步骤(3)得到的石墨/纳米硅/二氧化硅复合颗粒置于酸溶液中进行常温浸泡处理1-24h后离心，水洗后烘干，即得到石墨-多孔硅碳复合负极材料。


2.根据权利要求1所述的一种石墨-多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述纳米硅的粒径为5nm-1μm，优选10nm-500nm，更优选30-300nm，氨水的用量使得pH值为8-9。


3.根据权利要求1-2任一项权利要求所述的一种石墨-多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入分散剂，以纳米硅的质量计，所述分散剂的质量百分比为2-5％。


4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的一种石墨-多孔硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中有机碳源选自酚醛树脂，聚苯胺，聚乙烯吡...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛永，赵红，王琦，
申请(专利权)人：内蒙古欣源石墨烯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15