一种毛线团状SiOx/C及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种毛线团状SiO

【技术实现步骤摘要】
一种毛线团状SiOx/C及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及负极材料
，尤其涉及一种毛线团状SiO
x
/C及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]硅基负极材料包括Si和SiO
x
(x＝0～2,且x≠0)具有远高于石墨负极材料的储锂比容量。SiO
x
导电性极差，在充放电过程中会受到严重体积变化容易破碎，需要具有高导电性的碳复合纳米级SiO
x
以改善导电性、缓冲体积变化保持颗粒稳定性。通常制备的碳复合纳米级SiO
x
一次颗粒彼此分散，或者稀疏纳米SiO
x
分散在碳基体上，虽然能够改善导电性并且有效缓冲体积变化，但是材料整体的振实密度小，能量密度低。
[0003]同时，工业应用上希望生产由大量一次纳米颗粒聚集形成的微米级碳包覆的二次颗粒。然而，现有制备二次颗粒过程中，一次颗粒容易因为高温相互结合在一起形成微米级大颗粒，导电性和稳定性恶化，复合的导电碳也仅能覆盖二次颗粒表面，无法改善内部一次颗粒的导电性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种毛线团状SiO
x
/C及其制备方法和应用，利用所述制备方法制备得到的SiO
x
/C具有较高的导电性、振实密度和能量密度。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种毛线团状SiO
x
/C的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将正硅酸乙酯、第一乙醇和水混合，得到硅源溶液；
[0008]将氨水和第二乙醇混合，得到氨水混合液；
[0009]将所述硅源溶液和氨水混合液混合后，与柠檬酸溶液在回流的条件下混合后，加入乙二醇，得到胶体；
[0010]将所述胶体依次进行干燥、预烧和焙烧，得到所述毛线团状SiO
x
/C；
[0011]所述毛线团状SiO
x
/C中x的取值范围为1～2。
[0012]优选的，所述正硅酸乙酯、第一乙醇和水的体积比为(1～6)：(8～16)：1。
[0013]优选的，所述氨水的质量浓度为25％～28％；
[0014]所述氨水和第二乙醇的体积比为1：(1～5)。
[0015]优选的，所述硅源溶液和氨水混合液的体积比为(7～8)：1。
[0016]优选的，所述柠檬酸溶液的浓度为0.1～1g/mL；
[0017]所述硅源溶液和氨水混合液的总体积与所述柠檬酸溶液的体积比为(4～6)：2。
[0018]优选的，所述回流的温度为40～80℃，时间为2～18h；
[0019]所述回流后得到的混合液与乙二醇的体积比为42：(0.5～2)。
[0020]优选的，所述预烧的温度为300～400℃，时间为2～6h。
[0021]优选的，所述焙烧在惰性气氛或真空条件中进行；
[0022]所述焙烧的温度为700～1100℃，时间为2～6h。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C，包括由碳材料构成的三维交联的毛线团结构和缠绕在所述毛线团结构中的SiO
x
；
[0024]所述x的取值范围为1～2。
[0025]本专利技术还提供了上述技术方案所述的毛线团状SiO
x
/C作为负极材料在电池中的应用。
[0026]本专利技术提供了一种毛线团状SiO
x
/C的制备方法，包括以下步骤：将正硅酸乙酯、第一乙醇和水混合，得到硅源溶液；将氨水和第二乙醇混合，得到氨水混合液；将所述硅源溶液和氨水混合液混合后，与柠檬酸溶液在回流的条件下混合后，加入乙二醇，得到胶体；将所述胶体依次进行干燥、预烧和焙烧，得到所述毛线团状SiO
x
/C；所述毛线团状SiO
x
/C中x的取值范围为1～2。
[0027]本专利技术所述的制备方法利用乙二醇与柠檬酸在正硅酸乙酯的水解溶液中发生交联，在溶液中形成三维空间并对硅源形成交错包围，形成胶体后，进行预烧可以实现交联结构的碳化，焙烧可以实现在交联结构中形成纳米SiO
x
，最终将SiO
x
紧密缠绕在由碳材料构成的三维交联的毛线团结构中。而毛线团状的碳材料紧密缠绕SiO
x
，提供了很好的导电接触，从而能够提高其比容量(即能量密度)。同时毛线团状的碳材料缓冲了SiO
x
充放电过程中剧烈的体积变化，即便是在大比容量充放电条件下，体积变化导致了SiO
x
的破碎，碎片依然被毛线团结构紧密缠绕保持导电接触，不会失去活性，从而在长周期循环中能够保持大比容量性能。而且毛线团结构具有优异的弹性，能够快速缓冲充放电过程的应力应变，避免了负极表面SEI膜受应力破碎后，反复形成新SEI造成额外的锂离子活性损耗，从而能够快速达到并稳定保持极高的库伦效率，提高了其电化学稳定性。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]1)利用本专利技术所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C中的毛线状碳材料从二次颗粒的表面到内部与SiO
x
一次颗粒紧密纠缠接触，可以显著提高二次颗粒的导电性；
[0030]2)利用本专利技术所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C的毛线团状结构可以有效缓冲剧烈体积变化带来的应力应变，也就是说即使剧烈体积变化会造成依次颗粒破碎，破碎后的碎片依然镶嵌在碳毛线团中保持导电接触和活性，从而显著提高SiO
x
的充放电稳定性；
[0031]3)利用本专利技术所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C中的SiO
x
一次颗粒相互独立，电化学反应活性好；
[0032]4)利用本专利技术所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C的振实密度和能量密度显著提高；
[0033]5)利用本专利技术所述的制备方法制备得到的毛线团状SiO
x
/C的二次充放电容量高，库伦效率高，电化学性能稳定。
附图说明
[0034]图1为实施例1所述毛线团状SiO
x
/C在小放大倍率下SEM图；
[0035]图2为实施例1所述毛线团状SiO
x
/C在大放大倍率下SEM图；
[0036]图3为实施例1制备得到的毛线团状SiO
x
/C和对比例1制备得到的碳包覆纳米SiO
x
在0.1A
·
g
‑1的电流密度下的首次恒流充放电曲线；
[0037]图4为实施例1制备得到的毛线团状SiO
x
/C和对比例1制备得到的碳包覆纳米SiO...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种毛线团状SiO
x
/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将正硅酸乙酯、第一乙醇和水混合，得到硅源溶液；将氨水和第二乙醇混合，得到氨水混合液；将所述硅源溶液和氨水混合液混合后，与柠檬酸溶液在回流的条件下混合后，加入乙二醇，得到胶体；将所述胶体依次进行干燥、预烧和焙烧，得到所述毛线团状SiO
x
/C；所述毛线团状SiO
x
/C中x的取值范围为1～2。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯、第一乙醇和水的体积比为(1～6)：(8～16)：1。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨水的质量浓度为25％～28％；所述氨水和第二乙醇的体积比为1：(1～5)。4.如权利要求1、2或3所述的制备方法，其特征在于，所述硅源溶液和氨水混合液的体积比为(7～8)：1。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海龙，何苗，
申请(专利权)人：王海龙，
类型：发明
国别省市：