一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，包括以下步骤：将硅粉分散到2

【技术实现步骤摘要】
一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池负极材料制备
，尤其涉及一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛使用的石墨类碳负极材料容量偏低，一般不超过360mAh/g，已经越来越难以满足市场需求；而硅类材料的理论储存锂容量为4200mAh/g，且脱嵌锂电压平台低，逐渐成为理想负极材料研究热点。然而，由于循环稳定性较差，硅负极材料在锂离子电池中的应用受到了限制，这是由嵌锂和脱锂过程中的大体积变化(>300％)引起的。大体积变化导致硅结构的粉化，与导电网络脱离，内阻急剧增加造成容量衰减。目前对硅碳负极的研究大多是制备工艺复杂，且产业化制备成本高，对设备的要求高，导致目前类似的研究大多停留在实验室层面，距离真正意义上的产业化还有一段距离。

技术实现思路

[0003]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法。
[0004]本专利技术提出的一种高容量稳定性好的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1、将硅粉分散到2-甲氧基-乙氧基硅烷中，再加入乙醇和去离子水，搅拌，得硅悬浮液；
[0006]S2、将树脂固化剂和含氢聚硅氧烷加入到硅悬浮液中，搅拌，得前驱体溶液；
[0007]S3、将前驱体溶液在H2和Ar的混合气氛中加热固化，得固化物；
[0008]S4、在H2和Ar的混合气氛下，将固化物进行高温碳化，粉碎，即得硅碳负极材料。
[0009]优选地，所述硅粉的平均粒径≤100nm。
[0010]优选地，所述硅粉和2-甲氧基-乙氧基硅烷的质量比为1：15～20；优选地，所述硅粉、去离子水、乙醇的用量比为1g：2～3mL：2～3mL；优选地，所述硅粉、树脂固化剂、含氢聚硅氧烷的用量比为1g：7.5～10mL：10～15g。
[0011]优选地，S1中，将硅粉超声分散到2-甲氧基-乙氧基硅烷中，超声分散时间为20～40min。
[0012]优选地，S2中，树脂固化剂包括酚醛树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、环氧树脂中的一种或一种以上的混合物。
[0013]优选地，S3中，H2和Ar的混合气氛中，H2和Ar的体积比为5：95；优选地，加热固化的温度为70～90℃，固化时间为2～3h。
[0014]优选地，S4中，以10℃/min的升温速率升温至1000～1300℃进行高温碳化，反应体系自然降温。
[0015]本专利技术还提出了一种采用上述方法制备的高容量稳定性好的硅碳负极材料。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几个方面：
[0017]1.本专利技术中2-甲氧基-乙氧基硅烷作为一种结构控制剂和扩链剂，首先在固化过程中形成支撑的结构骨架结构，其次这种结构可将碳和硅紧密结合在一块，从而使硅和碳之间通过化学键啮合成一个整体，从而在SiO
x
表面形成一层碳包覆，进而抑制硅在脱嵌锂时的体积变化，该方法工艺简单，成本较低，易于工业化生产。
[0018]2.本专利技术在复合物中添加一定量的树脂固化剂和含氢聚硅氧烷，经过固化可以起到骨架支撑作用，防止碳化过程中出现熔融黏连结块，此外，碳化形成的疏松多孔结构可缓冲硅碳负极嵌锂后体积膨胀，且该结构形成的骨架结构也可进一步限制硅碳负极的体积膨胀。
[0019]3.树脂经过高温碳化后形成的无定型碳，对电解液具有较强的抗腐蚀能力，同时无定形碳层间距较大，锂离子能够快速进出，亦可满足锂离子电池高倍率充放电的要求；此外，树脂碳化后形成的孔洞和空隙可缓冲体积膨胀效应，保证材料整体性能。
[0020]综上，本专利技术制得的硅碳负极材料能够有效抑制硅在脱嵌锂时的体积变化，使整个电极的体积变化控制在合理范围之内，提高了电池的可逆容量改善了循环性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1制备的硅碳负极材料的SEM图。
具体实施方式
[0022]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0023]实施例1
[0024]a.将1g粒径≤100nm的硅粉分散到15g的2-甲氧基-乙氧基硅烷中，然后超声处理20min以形成硅悬浮液。
[0025]b.将2mL去离子水和2mL乙醇加入到硅悬浮液中，然后搅拌2h。
[0026]c.然后将15mL酚醛树脂乙醇溶液(50％，质量分数)、10g含氢聚硅氧烷与上述硅悬浮液混合并充分搅拌2h。
[0027]d.将上述混合物悬浮液在体积比为5：95的H2和Ar的混合气氛下于90℃干燥2h以确保混合物固化。
[0028]e.将固化后的物质转移到高温炉中，以10℃/min的升温速率升温至1000℃使之碳化，反应体系自然降温，整个反应过程中持续通入步骤d中的H2和Ar混合气体并带出反应气体；
[0029]f.反应结束即得到所需的高容量硅碳负极材料。将材料在玛瑙研磨中粉碎，通过150目标准筛选得到所需粒径的材料，备用。
[0030]实施例2：
[0031]a.将1g粒径≤100nm的硅粉分散到20g的2-甲氧基-乙氧基硅烷中，然后超声处理30min以形成硅悬浮液。
[0032]b.将3mL水和3mL乙醇加入到硅悬浮液中，然后搅拌3h。
[0033]c.然后将20mL脲醛树脂乙醇溶液(50％，质量分数)、15g含氢聚硅氧烷与上述硅悬浮液混合并充分搅拌3h。
[0034]d.将上述混合物悬浮液在体积比为5：95的H2和Ar的混合气氛下于70℃干燥3h以
确保混合物固化。
[0035]e.将固化后的物质转移到高温炉中，以10℃/min的升温速率升温至1200℃使之碳化，反应体系自然降温，整个反应过程中持续通入步骤d中的H2和Ar混合气体并带出反应气体；
[0036]f.反应结束即得到所需的高容量硅碳负极材料。将材料在玛瑙研磨中粉碎，通过150目标准筛选得到所需粒径的材料，备用。
[0037]实施例3
[0038]a.将1g粒径≤100nm的硅粉分散到17g的2-甲氧基-乙氧基硅烷中，然后超声处理40min以形成硅悬浮液。
[0039]b.将3mL水和2mL乙醇加入到硅悬浮液中，然后搅拌2.5h。
[0040]c.然后将18mL呋喃树脂乙醇溶液(50％，质量分数)、13g含氢聚硅氧烷与上述硅悬浮液混合并充分搅拌3h。
[0041]d.将上述混合物悬浮液在体积比为5：95的H2和Ar的混合气氛下于80℃干燥3h以确保混合物固化。
[0042]e.将固化后的物质转移到高温炉中，以10℃/min的升温速率升温至1300℃使之碳化，反应体系自然降温，整个反应过程中持续通入步骤d中的H2和Ar混合气体并带出反应气体；
[0043]f.反应结束即得到所需的高容量硅碳负极材料。将材料在玛瑙研磨中粉碎，通过150目标准筛选得到所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量稳定性好的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将硅粉分散到2-甲氧基-乙氧基硅烷中，再加入乙醇和去离子水，搅拌，得硅悬浮液；S2、将树脂固化剂和含氢聚硅氧烷加入到硅悬浮液中，搅拌，得前驱体溶液；S3、将前驱体溶液在H2和Ar的混合气氛中加热固化，得固化物；S4、在H2和Ar的混合气氛下，将固化物进行高温碳化，粉碎，即得硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的高容量稳定性好的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅粉的平均粒径≤100nm。3.根据权利要求1或2所述的高容量稳定性好的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅粉和2-甲氧基-乙氧基硅烷的质量比为1：15～20；优选地，所述硅粉、去离子水、乙醇的用量比为1g：2～3mL：2～3mL；优选地，所述硅粉、树脂固化剂、含氢聚硅氧烷的用量比为1g：7.5～10mL：10～15g。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：马仁良，曹勇，王义飞，苏峰，董骄，项胜，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：