一种硅碳负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：含硅碳的液体前驱体的气化物与预热后的石墨混合反应，得到氧化亚硅

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体而言，涉及一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，新能源，如太阳能、风能、地热能和氢能，是全球开发的重点能源。然而，这些新能源具有间歇性、随机性和低能量密度等特点，因此需要开发储能设备，如锂离子电池、钠离子电池、镍氢电池和铅酸电池等，将其存储起来以供使用。其中，锂离子电池由于具有安全性高和能量密度高等特点得到了广泛的应用。近些年，随着电动汽车的开发与应用，更高能量密度和功率密度的锂离子电池是迫切需求的，以提高电动汽车的续航里程和缩短其加速时间与充电时间。然而，目前商业石墨负极材料理论比容量(372mAh/g)较低，并且倍率性能差，这对锂离子电池能量密度与功率密度的提升产生了极大限制，即目前商业石墨负极材料无法满足电动汽车的使用要求，因此，研发具有更高倍率性能和更高容量的新型负极材料极为重要。硅具有如下优点而备受关注：1)高的地壳含量；2)最高的理论储锂容量(4200mAh/g)；3)较高的安全性。但是，硅在锂化的过程中体积会膨胀大(约为400％)，这会导致活性材料的破碎，使其从集流体上脱落，导致电极丧失电的连接性，进而使其循环稳定性迅速下降。
[0003]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，方法简单，无需复杂的设备和工艺流程，成本低廉，合成时间短，产率高，可大量制备硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体，相比其他方法可有效地降低生产成本。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的硅碳负极材料的制备方法制备得到的硅碳负极材料。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种锂离子电池负极。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种锂离子电池。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0009]一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]含硅碳的液体前驱体的气化物与预热后的石墨混合反应，得到氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合材料，再进行铝热还原反应。
[0011]优选地，所述含硅碳的液体前驱体包括八甲基环四硅氧烷、十甲基四硅氧烷、二甲氧基二甲基硅烷、八甲基三硅氧烷、六甲基二硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、107硅橡胶、1,3
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二乙烯基四甲基二硅氧烷和108硅橡胶中的至少一种。
[0012]优选地，所述含硅碳的液体前驱体的气化物的制备方法包括：将含硅碳的液体前驱体加热至50～300℃。
[0013]优选地，所述石墨于惰性气氛中进行所述预热，所述预热的温度为1000～1100℃，时间为6～72h；
[0014]优选地，所述惰性气氛包括氩气。
[0015]优选地，所述石墨包括未改性石墨和/或改性石墨；
[0016]优选地，所述改性石墨包括碳纳米层包覆石墨、垂直石墨烯层包覆石墨和氧化处理的石墨中的至少一种。
[0017]优选地，所述混合反应的气氛包括氩气。
[0018]优选地，所述铝热还原反应包括以下步骤：
[0019]将所述氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合材料、铝粉和氯化铝的混合物进行加热反应；
[0020]优选地，所述石墨复合材料、铝粉和氯化铝的质量比为1：(0.35～0.45)：(3.5～4.5)；
[0021]优选地，所述加热反应的温度为200～300℃，时间为5～20h。
[0022]如上所述的硅碳负极材料的制备方法制备得到的硅碳负极材料。
[0023]一种锂离子电池负极，主要由如上所述的硅碳负极材料制备得到。
[0024]一种锂离子电池，包括如上所述的负极。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026](1)本专利技术的硅碳负极材料的制备方法简单，成本低廉，无需复杂的设备和工艺流程，具有较短的合成时间，并且具有高产率。
[0027](2)本专利技术的硅碳负极材料在锂离子电池负极材料应用中具有高容量、良好的循环性能和出色的倍率性能；在0.1C的电流密度下，其首次库伦效率高达93.5％，可逆容量高达660.1mAh/g，在100次循环后容量保持率高达95.9％；在1C的电流密度下，300次循环后容量保持率高达92.9％；在3C的电流密度下，其得到的可逆容量仍然高达530.1mAh/g。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是未改性石墨的SEM照片；
[0030]图2是本专利技术的实施例1使用聚二甲基硅氧烷作为前驱体在1020℃对未改性石墨进行氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆后的SEM照片；
[0031]图3是本专利技术的实施例2使用八甲基三硅氧烷作为前驱体在1100℃对未改性石墨进行氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆后的SEM照片；
[0032]图4是本专利技术的实施例3使用六甲基二硅氧烷作为前驱体在1000℃对未改性石墨进行氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆后的SEM照片；
[0033]图5是本专利技术的实施例4使用六甲基二硅氧烷作为前驱体在1000℃对氧化处理的石墨进行氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆后的SEM照片；
[0034]图6是垂直石墨烯层包覆未改性石墨的SEM照片；
[0035]图7是本专利技术的实施例5使用六甲基二硅氧烷作为前驱体在1000℃对垂直石墨烯层包覆石墨进行氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆后的SEM照片；
[0036]图8是本专利技术的实施例5获得的氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的Si 2p谱图；
[0037]图9是本专利技术的实施例5获得的氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的BET图；
[0038]图10是本专利技术的实施例6在200℃铝热还原获得的硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的SEM图；
[0039]图11
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图12是本专利技术的实施例6获得的硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的TEM图；
[0040]图13是本专利技术的实施例7在300℃铝热还原获得的硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的SEM图；
[0041]图14是本专利技术的实施例7获得的硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合粉体的Si 2p谱图；
[0042]图15是本专利技术的实施例7获得的硅
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碳复合纳米层包覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：含硅碳的液体前驱体的气化物与预热后的石墨混合反应，得到氧化亚硅
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碳复合纳米层包覆石墨复合材料，再进行铝热还原反应。2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述含硅碳的液体前驱体包括八甲基环四硅氧烷、十甲基四硅氧烷、二甲氧基二甲基硅烷、八甲基三硅氧烷、六甲基二硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、107硅橡胶、1,3
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二乙烯基四甲基二硅氧烷和108硅橡胶中的至少一种。3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述含硅碳的液体前驱体的气化物的制备方法包括：将含硅碳的液体前驱体加热至50～300℃。4.根据权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨于惰性气氛中进行所述预热，所述预热的温度为1000～1100℃，时间为6～72h；优选地，所述惰性气氛包括氩气。5.根据权利要求1所述的硅碳负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩美胜，于杰，李振伟，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：