硅碳负极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种硅碳负极材料及其制备方法与应用，所述制备方法包括：烧结硅合金与石墨的混合料，洗涤，得到所述硅碳负极材料；所述硅合金包括钾硅合金和/或锂硅合金。本发明专利技术采用硅合金为原料，利用硅合金中的金属与石墨的插层反应，从而形成结合致密的硅碳负极材料，相较于物理混合的硅碳负极材料，本发明专利技术所述硅碳负极材料，硅在石墨中的插入的深度更深，具有更高的比容量以及循环稳定性。具有更高的比容量以及循环稳定性。具有更高的比容量以及循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种负极材料，尤其涉及一种硅碳负极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]硅负极材料因其具有较高的理论比容量(＞3000mAh/g)，以及较低的反应电位(＜0.4V)，而被应用于高能量密度的动力电池体系。然而，由于硅锂化后，会发生严重的体积膨胀(约400％)，使材料极易粉化脱落，因此，硅基负极的循环稳定性较差。
[0003]目前广泛研究的硅碳复合负极材料，虽然能有效缓解硅的体积膨胀问题，但是由于硅与碳材料在热力学上亲和性差，因此碳包覆的效果不佳，长期循环后，负极材料依然存在粉化脱落的问题。同时，包覆致密的硅碳负极材料，工艺流程复杂且合成时间长。
[0004]基于以上研究，如何提供一种硅碳负极材料的制备方法，所述制备方法能简便并快捷地合成出碳包覆致密的硅碳负极材料，成为了目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种硅碳负极材料及其制备方法与应用，能通过简易的制备方法合成包覆致密的硅碳负极材料，并且硅在石墨中的插入深度更深，保护作用更好，能提升硅碳负极材料的比容量以及循环稳定性。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种硅碳负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0008]烧结硅合金与石墨的混合料，洗涤，得到所述硅碳负极材料；
[0009]所述硅合金包括钾硅合金和/或锂硅合金。
[0010]本专利技术通过硅合金与石墨烧结，利用金属与石墨的插层反应，将硅带入到石墨的片层中，之后再通过洗涤的方式去除多余的金属，从而形成结合致密的硅碳负极材料，相较于物理混合的硅碳负极材料，本专利技术所述硅碳负极材料，硅在石墨中的插入深度更深，保护作用更好。
[0011]优选地，所述硅合金包括钾硅合金。
[0012]本专利技术所述钾硅合金在洗涤过程中，钾更易被洗涤掉，从而得到纯度高的硅碳负极材料，而未完全洗去的钾，以K4Si
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的形式残留在硅碳负极材料中，用以稳定硅碳的结构，强化硅与石墨的结合力，来提高硅碳负极材料的稳定性。
[0013]优选地，所述硅合金与石墨的质量比为(0.6至2):1，例如可以是0.6:1、0.8:1、1:1、1.2:1、1.4:1、1.6:1、1.8:1或2:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，所述硅合金采用如下方法得到：
[0015]混合硅与金属，煅烧后得到所述硅合金；
[0016]所述金属包括钾和/或锂。
[0017]优选地，所述金属与硅的摩尔比为(1.005至1.05):1，例如可以是1.005:1、1.007:1、1.009:1、1.01:1、1.03:1或1.05:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，所述煅烧的温度为600℃至850℃，时间为3h至10h。
[0019]所述煅烧的温度为600℃至850℃，例如可以是600℃、700℃、750℃、800℃或850℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]所述煅烧的时间为3h至10h，例如可以是3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]所述混合为研磨混合10min至20min，例如可以是10min、15min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，所述洗涤的溶剂包括去离子水和/或无水乙醇。
[0023]优选地，所述洗涤的固液比为(1至7):20，例如可以是1:20、3:20、5:20或7:20，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术所述固液比为固液质量比，即烧结后的混合料与溶剂的质量比。
[0025]优选地，所述制备方法还包括洗涤后的过滤和烘干。
[0026]优选地，所述烧结的温度为400℃至650℃，时间为12h至36h。
[0027]优选地，所述烧结硅合金与石墨前，进行研磨混合10min至20min，例如可以是10min、15min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0028]作为本专利技术制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
[0029]混合质量比为(0.6至2):1的硅合金与石墨，所得混合料400℃至650℃烧结12h至36h，以(1至7):20的固液比洗涤后，得到所述硅碳负极材料；
[0030]所述硅合金采用如下方法得到：研磨混合摩尔比为(1.005至1.05):1的金属与硅10min至20min，600℃至850℃煅烧3h至10h后，得到所述硅合金；
[0031]所述金属包括钾和/或锂。
[0032]第二方面，本专利技术提供了一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料采用如第一方面所述的制备方法得到，所述硅碳负极材料中，硅在石墨片层中的插入深度为1μm至2.5μm，例如可以是1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2.0μm、2.2μm、2.4μm或2.5μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0033]优选地，所述硅碳负极材料中，硅的含量为20wt％至46wt％，例如可以是20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％或46wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0034]本专利技术所述硅碳负极材料中，硅在石墨层中具有更深的插入深度，高达1μm至2.5μm，而通过简单物理混合得到的硅碳负极材料的插入深度在0.2μm以下，因此，本专利技术所述硅碳负极材料，硅与碳的结合更加致密，其比容量以及循环稳定性更高。
[0035]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第二方面所述的硅碳负极材料。
[0036]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0037]本专利技术采用硅合金与石墨烧结，利用金属与石墨的插层反应，将硅带入到石墨的片层中，之后再通过洗涤的方式去除多余的金属，从而形成结合致密的硅碳负极材料；本发
明所述硅碳负极材料，硅在石墨层中的插入深度更深，高达1μm至2.5μm，保护作用更好，而通过简单物理混合得到的硅碳负极材料的插入深度在0.2μm以下；因此，本专利技术所述硅碳负极材料，硅与碳的结合更加致密，其比容量以及循环稳定性更高。
附图说明
[0038]图1是实施例1所述硅碳负极材料的X射线衍射谱图。
[0039]图2是实施例1所述硅碳负极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0040]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了本文档来自技高网...

【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，所述制备方法包括：烧结硅合金与石墨的混合料，洗涤，得到所述硅碳负极材料；所述硅合金包括钾硅合金和/或锂硅合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅合金包括钾硅合金。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硅合金与石墨的质量比为(0.6至2):1。4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硅合金采用如下方法得到：混合硅与金属，煅烧后得到所述硅合金；所述金属包括钾和/或锂；满足以下条件中的至少一个：所述金属与硅的摩尔比为(1.005至1.05):1；所述煅烧的温度为600℃至850℃，时间为3h至10h；所述混合为研磨混合10min至20min。5.根据权利要求1至4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤的溶剂包括去离子水和/或无水乙醇。6.根据权利要求1至5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫方杰，孙化雨，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：