一种硅碳负极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅碳负极的制备方法。将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，反应得到固体料；将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1000‑1500℃，再通入甲烷气体，反应3‑10h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。本发明专利技术可以得到带有孔隙的掺杂硅碳以及碳包覆的双重结构，可以有效的抑制硅碳负极的体积膨胀，性能更加优越。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳负极的制备方法
本专利技术涉及一种硅碳负极的制备方法，属于新能源锂电池材料

技术介绍
随着新能源汽车、通讯及可便携式设备等对锂离子电池高容量、高续航能力的需求，锂离子电池发展达到了一个瓶颈。针对负极而言，目前广泛采用的负极材料是以石墨为主的各类碳材料，其理论容量只有372mAh/g，在实际应用过程中，已接近理论容量，其很难达到更高的容量要求。因此，对高比容量负极活性材料的研究已经是大势所趋，其中硅材料的理论容量远远高于石墨类碳材料，能够达到4200mAh/g，且资源相对丰富，是下一代新型负极材料的主要选择。但是，硅材料在充放电过程中接近300％的体积膨胀会导致电池的综合性能大幅度下降。为此，解决硅材料这一缺陷是目前国内外致力研究的课题，硅碳复合活性材料便是其中研究的一大热点。碳材料具有较高的电导率，结构相对稳固，在循环过程中体积膨胀很小，通常在10％以下，并且碳材料还具有良好的柔韧性和润滑性，能够在一定程度上抑制硅材料在循环过程中的体积膨胀，硅碳复合活性材料能够综合硅材料与碳材料各自的优势，发挥出更优异的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种硅碳负极的制备方法，可以得到带有孔隙的掺杂硅碳以及碳包覆的双重结构，可以有效的抑制硅碳负极的体积膨胀，性能更加优越。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：本专利技术的一种硅碳负极的制备方法，其为以下步骤：(1)将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，在温度为1400-1800℃反应8-20h,得到固体料；(2)将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应,反应温度为60-80℃，反应至固体物料中的铁含量低于200ppm，然后停止反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；(3)将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1000-1500℃，再通入甲烷气体，反应3-10h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。所述步骤(1)中有机铁化合物为二茂铁、二环戊二烯基合铁、硬脂酸铁、葡萄糖酸铁中的至少一种，有机硅化合物为硅烷、硅氧烷中的至少一种，有机铁化合物与有机硅化合物中的铁硅摩尔比为1:3-10，惰性气体为氮气、氩气中的至少一种，通入惰性气体使得气氛炉中氧气体积浓度低于50ppm,气流在气氛炉内的流速为1-5m/S。所述步骤(2)固体料与盐酸溶液的质量比为1:3-10,盐酸溶液的浓度为3-5mol/L,搅拌磨反应器内加入氧化锆球，氧化锆球的直径为1-5mm，搅拌速度为80-120r/min,洗涤过程洗涤至洗涤水的pH值为3-4后停止洗涤。所述洗涤料在烘干过程，烘干温度为80-120℃，烘干至物料的游离水质量含量低于500ppm。所述步骤(3)通入甲烷气体时，维持甲烷气体在管式反应器内流速为0.5-2m/S,气流粉碎时，粉碎至物料的粒径1-20μm，除铁采用电磁除铁器，经过两级电磁除铁后真空包装。本专利技术先采用有机铁化合物与有机硅化合物混合均匀，然后再惰性气体下高温热解，同时碳会发生还原反应，将其中的硅和铁还原为单质，剩余的碳会掺杂在硅和铁上，然后将此物料加入盐酸溶液，通过搅拌磨，实现了边反应边研磨，还原出来的单质铁与盐酸反应，得到氯化亚铁，使得固体料中的铁被浸出出来，使得物料中产生孔隙，然后加入甲烷，在高温下热解，使得其中的碳包覆在被盐酸侵蚀后的物料中，从而实现了碳掺杂在硅以及碳的包覆，同时由于铁被侵蚀，产生了大量的孔隙，进一步提高了硅碳负极的抗膨胀性，有效的抑制硅碳负极的体积膨胀，性能更加优越。本专利技术的有益效果：可以得到带有孔隙的掺杂硅碳以及碳包覆的双重结构，可以有效的抑制硅碳负极的体积膨胀，性能更加优越。附图说明图1为本专利技术的实施例1的产品的SEM。图2为本专利技术的实施例2的产品的SEM。图3为本专利技术的实施例3的产品的SEM。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明：本实施例的一种硅碳负极的制备方法，其为以下步骤：(1)将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，在温度为1400-1800℃反应8-20h,得到固体料；(2)将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应,反应温度为60-80℃，反应至固体物料中的铁含量低于200ppm，然后停止反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；(3)将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1000-1500℃，再通入甲烷气体，反应3-10h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。所述步骤(1)中有机铁化合物为二茂铁、二环戊二烯基合铁、硬脂酸铁、葡萄糖酸铁中的至少一种，有机硅化合物为硅烷、硅氧烷中的至少一种，有机铁化合物与有机硅化合物中的铁硅摩尔比为1:3-10，惰性气体为氮气、氩气中的至少一种，通入惰性气体使得气氛炉中氧气体积浓度低于50ppm,气流在气氛炉内的流速为1-5m/S。所述步骤(2)固体料与盐酸溶液的质量比为1:3-10,盐酸溶液的浓度为3-5mol/L,搅拌磨反应器内加入氧化锆球，氧化锆球的直径为1-5mm，搅拌速度为80-120r/min,洗涤过程洗涤至洗涤水的pH值为3-4后停止洗涤。所述洗涤料在烘干过程，烘干温度为80-120℃，烘干至物料的游离水质量含量低于500ppm。所述步骤(3)通入甲烷气体时，维持甲烷气体在管式反应器内流速为0.5-2m/S,气流粉碎时，粉碎至物料的粒径1-20μm，除铁采用电磁除铁器，经过两级电磁除铁后真空包装。实施例1一种硅碳负极的制备方法，其为以下步骤：(1)将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，在温度为1600℃反应12h,得到固体料；(2)将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应,反应温度为75℃，反应至固体物料中的铁含量低于200ppm，然后停止反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；(3)将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1300℃，再通入甲烷气体，反应7h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。所述步骤(1)中有机铁化合物为二茂铁，有机硅化合物为硅烷，有机铁化合物与有机硅化合物中的铁硅摩尔比为1:8，惰性气体为氮气，通入惰性气体使得气氛炉中氧气体积浓度低于50ppm,气流在气氛炉内的流速为4m/S。所述步骤(2)固体料与盐酸溶液的质量比为1:8,盐酸溶液的浓度为4mol/L,搅拌磨反应器内加入氧化锆球，氧化锆球的直径为3mm，搅拌速度为100r/min,洗涤过程洗涤至洗涤水的pH值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅碳负极的制备方法，其特征在于，为以下步骤：/n(1)将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，在温度为1400-1800℃反应8-20h,得到固体料；/n(2)将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应,反应温度为60-80℃，反应至固体物料中的铁含量低于200ppm，然后停止反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；/n(3)将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1000-/n1500℃，再通入甲烷气体，反应3-10h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极的制备方法，其特征在于，为以下步骤：
(1)将有机铁化合物与有机硅化合物混合研磨均匀后，放入到气氛炉内煅烧，煅烧过程通入惰性气体，在温度为1400-1800℃反应8-20h,得到固体料；
(2)将固体料加入盐酸溶液，在搅拌磨反应器中搅拌反应,反应温度为60-80℃，反应至固体物料中的铁含量低于200ppm，然后停止反应，经过过滤和洗涤，得到洗涤料；
(3)将洗涤料经过烘干后，放入到管式反应器内，先通入氮气，使得管式反应器内的氧气体积含量低于10ppm，然后将管式反应器的温度升高为1000-
1500℃，再通入甲烷气体，反应3-10h,冷却后取出，经过气流粉碎、筛分、除铁，得到硅碳负极。


2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中有机铁化合物为二茂铁、二环戊二烯基合铁、硬脂酸铁、葡萄糖酸铁中的至少一种，有机硅化合物为硅烷、硅氧烷中的至少一种，有机铁化合物与有机硅化合物中的铁硅摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋央芳，
申请(专利权)人：蒋央芳，
类型：发明
国别省市：浙江;33