硅碳-石墨复合负极材料及其制备方法技术

本申请提供一种硅碳

【技术实现步骤摘要】
硅碳
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石墨复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料
，特别是涉及一种硅碳
‑
石墨复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池是新能源汽车发展的关键，目前采用正负极材料体系的锂离子动力电池在能量密度上很难有大的突破，高能量密度、高安全性、低成本的新型锂离子动力电池材料的研究成为锂离子电池研究的热点。
[0003]在目前研究开发的负极材料中，硅基负极材料由于具有高的比容量(其理论放电比容量可达到4200mAh/g)、安全性更高、资源丰富等优点，应用前景将十分广阔。但硅基负极材料的应用目前还存在三方面的问题：(1)由于硅嵌锂后形成Li12Si7、Li22Si5合金等，储锂容量较大，但是Li+在嵌入过程中，会引起Si的体积膨胀(100％～300％)，这种结构上的膨胀破坏了电极结构的稳定性，导致电极结构坍塌和电极材料剥落，造成电极电化学性能的迅速衰减；(2)充放电过程中体积效应会导致不断有硅裸露到电解液中，难以形成稳定的固体电解质膜(简称SEI膜)；(3)硅本身是半导体材料，电导率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种比容量较大、首次充放电效率较高以及电化学性能较好的硅碳
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石墨复合负极材料及其制备方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]对非晶态SiOx粉进行第一次热处理操作；
[0008]将完成所述热处理操作的所述非晶态SiOx粉加入去离子水中，并进行第一次搅拌操作，得到第一混合物；
[0009]将HF溶液加入所述第一混合物中，并进行第二次搅拌操作，得到第二混合物；
[0010]将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物；
[0011]将所述第三混合物进行第二次热处理操作，冷却后得到所述硅碳
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石墨复合负极材料。
[0012]在其中一个实施例中，在将HF溶液加入所述第一混合物中，并进行第二次搅拌操作，得到第二混合物的步骤之后，以及在将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物的步骤之前，所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法还包括以下步骤：
[0013]对所述第二混合物进行过滤清洗操作。
[0014]在其中一个实施例中，所述非晶态SiOx粉的粒度为0.1微米～5微米。
[0015]在其中一个实施例中，所述第一次热处理操作的温度为900℃～1100℃。
[0016]在其中一个实施例中，在将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物的步骤之后，以及在将第三混合物进行第二次热处理操作，冷却后得到所述硅碳
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石墨复合负极材料的步骤之前，所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法还包括以下步骤：
[0017]将煤沥青加入所述第三混合物。
[0018]在其中一个实施例中，在将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物的步骤之后，以及在将煤沥青加入所述第三混合物的步骤之前，所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法还包括以下步骤：
[0019]对所述第三混合物进行干燥操作。
[0020]在其中一个实施例中，所述煤沥青的添加量为所述SiOx粉添与所述石墨负极材料重量之和的10％～30％。
[0021]在其中一个实施例中，所述非晶态SiOx粉添加量与所述石墨负极材料添加量的质量比为5/2～5/1。
[0022]在其中一个实施例中，所述第二次热处理操作的温度为800℃～900℃。
[0023]一种硅碳
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石墨复合负极材料，所述硅碳
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石墨复合负极材料由上述任一实施例所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法制备得到。
[0024]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0025]1、本专利技术的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法中，对非晶态SiOx粉进行热处理操作，由于非晶态SiOx的热力学性质不稳定，使非晶态SiOx在高温热处理下发生歧化反应，通过改变SiOx中的化学成分和增强SiOx内部缓冲基质进而提高SiOx的循环性能；进一步地，部分SiO在歧化反应中转化成纳米非晶硅及SiO2，即产生部分非晶纳米硅分散于非晶态SiOx粉中，从而提高复合负极材料的比容量和首次充放电效率；更进一步地，在纳米非晶硅生成的同时伴随着Si4
+
的逐渐增加，Si
+
、Si
2+
和Si
3+
的逐渐减少，其首次嵌锂平台逐渐向单质硅靠近，而SiOx的电化学性能逐渐提升，进而提高硅碳
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石墨复合负极材料的比容量和首次充放电效率。此外，对非晶态SiOx粉进行热处理操作，然后冷却至室温，使单颗粒硅分散在SiOx中，形成含氧硅基材料，即形成第一层缓冲层，含氧硅基材料以纳米级尺寸均匀分散在有机物裂解碳和石墨粉体中，形成第二层膨胀缓冲层，能有效抑制硅在充放电过程中的体积膨胀效应，使复合负极材料具有较高的比容量和良好的循环稳定性能。
[0026]2、在本专利技术的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法中，由于非晶态SiOx在经过歧化反应后生成部分非晶纳米硅和非晶SiO2，非晶SiO2没有容量，非晶纳米硅包覆于非晶SiO2而无法与Li
+
发生反应，通过HF对非晶态SiOx的处理，能够溶解SiOx粉颗粒表面部分的SiO2，增大非晶态SiOx的容量，而且在SiOx粉末颗粒内部和表面形成不同Si含量的浓度梯度，从而提高负极材料的电化学性能。
[0027]3、在本专利技术的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法中，将经过热处理及HF处理的SiOx粉与石墨负极复合材料复合，并形成无定形碳包覆层，无定形碳包覆层能够防止硅碳
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石墨复合负极材料中SiOx与电解液接触发生副反应，而且碳包覆层具有较好的导电性，从而提升负极材料的电化学性能和循环性能，无定形碳包覆层还能够抑制负极复合材料在放电过程中发生体积膨胀，石墨能够在负极复合材料体系中促进硅碳材料的分散性，进而形成复合材料的多级结构，进一步提升负极复合材料电化学稳定性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0029]图1为本专利技术一实施方式的硅碳
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对非晶态SiOx粉进行第一次热处理操作；将完成所述热处理操作的所述非晶态SiOx粉加入去离子水中，并进行第一次搅拌操作，得到第一混合物；将HF溶液加入所述第一混合物中，并进行第二次搅拌操作，得到第二混合物；将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物；将所述第三混合物进行第二次热处理操作，冷却后得到所述硅碳
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石墨复合负极材料。2.根据权利要求1所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，在将HF溶液加入所述第一混合物中，并进行第二次搅拌操作，得到第二混合物的步骤之后，以及在将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第三混合物的步骤之前，所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法还包括以下步骤：对所述第二混合物进行过滤清洗操作。3.根据权利要求1所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述非晶态SiOx粉的粒度为0.1微米～5微米。4.根据权利要求1所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一次热处理操作的温度为900℃～1100℃。5.根据权利要求1所述的硅碳
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石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，在将第二混合物与石墨负极材料在有机溶剂中进行第三次搅拌操作，得到第...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明华，王培初，刘安卿，娄国胜，田立斌，
申请(专利权)人：惠州市贝特瑞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：