本发明专利技术公开了一种采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法、复合负极材料和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：1)将花生壳粉碎得到花生壳颗粒；2)将步骤1)所述的花生壳颗粒、硅粉和硫化锑进行液相混合后固液分离；3)将步骤2)固液分离得到的固形物在惰性气氛下进行高温碳化，得到前驱体，得到负载锑的硅碳复合负极材料；其中，花生壳作为碳源和还原剂。本发明专利技术的方法能够有效缓解硅的体积膨胀，提升界面稳定性并减少了循环过程中硅的损失，有效提高负极材料电化学性能，本发明专利技术制备得到的复合负极材料具有高容量以及优异的循环性能。能。
【技术实现步骤摘要】
采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法、复合负极材料和锂离子电池
[0001]本专利技术涉及新能源
，涉及一种采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法、复合负极材料和锂离子电池。
技术介绍
[0002]负极材料在电池的充电过程中作为锂离子和电子的载体，储存与释放能量，负极材料的性能很大程度上决定了电池的电化学性能。现如今常用的负极材料包括石墨、硅基材料和钛酸锂等，石墨是当前应用最为广泛的负极材料，但其理论比容量较低(372mAh/g)，限制了石墨负极在高能量密度器件中的应用。硅基材料理论容量高，硅的锂存储量几乎是石墨的10倍，且资源丰富，成本低，但是，在充放电过程中硅巨大的体积膨胀会导致电性能下降。
[0003]有大量研究对负极材料进行改性，例如CN112678807A公开了一种改性氧化亚硅/碳纳米管复合负极材料及其制备方法，该方法将硅烷偶联剂预水解，预水解后的硅烷偶联剂、氧化亚硅和表面活性剂在溶剂中超声分散得到分散液，分散液于反应釜中惰性气氛下加热搅拌，得到改性氧化亚硅溶液，将改性氧化亚硅溶液与碳纳米管混合后超声分散，抽滤、洗涤、烘干，加入碳源中进行混料包覆，烧结后粉碎得到改性氧化亚硅/碳纳米管复合负极材料。CN110190250A公开了一种高循环性能硅碳负极材料及其制备方法，该方法将微米级一氧化硅粉通过球磨处理，再依次通过与钛，碳纳米管，以及碳进行复合后高温处理，再研磨细后过筛得到负极材料。该方法利用上述方法可以抵消由于体积膨胀带来的循环性能急剧下降，提高循环性能。
[0004]当前我国每年会产生大量的生物质类废弃物，生物炭原料来源丰富，生物质碳材料具有成本低廉、环境友好的优点，采用生物质可作为碳源在电池中应用，有相关研究中，采用生物质碳材料制备的负极材料在安全和循环寿命方面表现出了良好的性能。
[0005]开发一种基于生物质碳的高性能的复合负极材料，兼具高的容量和优异的循环性能具有重要意义。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法、复合负极材料和锂离子电池。
[0007]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将花生壳粉碎得到花生壳颗粒；
[0010](2)将步骤(1)所述的花生壳颗粒、硅粉和硫化锑进行液相混合后固液分离；
[0011](3)将步骤(2)固液分离得到的固形物在惰性气氛下进行高温碳化，得到前驱体，
得到负载锑的硅碳复合负极材料；
[0012]其中，花生壳作为碳源和还原剂。
[0013]本专利技术的方法选用生物质花生壳作为碳源和还原剂，一方面，其碳化形成的碳载体具有明显的微孔和中孔，为锂离子的储存提供了大量的活性位点，是一种优良的电子和离子导体，由于花生壳表面和内部独特的结构，使该碳载体有利于均匀分散硅；另一方面，其作为还原剂将硫化锑还原从而原位形成锑单质(Sb)。
[0014]采用本专利技术的方法制备得到的复合负极材料具有高容量以及循环稳定性优异的性能，其技术原理如下：一、硅的加入提高了材料的理论容量；二、花生壳表面由于纵向突筋和横向突筋相互连接而呈网状，内部有一层薄的衬里，采用其制备的碳在具有大比表面积的同时，其疏松多孔的结构有利于硅和Sb的均匀负载、以及锂离子的扩散，缓解了充放电过程中的体积膨胀问题；三、Sb可以与硅和碳发挥协同作用减少循环过程中硅的损失，同时，硅、碳以及锑的复合提高了材料的界面稳定性。
[0015]需要注意的是，本专利技术中，花生壳的用量相对于硫化锑是过量的，也即花生壳经碳化处理后转化得到的碳的量大于将硫化锑还原为锑单质所需的碳的量。在高温碳化处理后，一部分花生壳转化成的碳作为还原剂将硫化锑还原，另一部分碳作为碳载体负载硅和原位还原得到的锑单质，在此过程中，碳被氧化产生二氧化碳等气体，进一步造孔，有利于性能提升。
[0016]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0017]优选地，步骤(1)所述花生壳在粉碎前进行清洗和烘干的步骤，所述烘干的温度优选为85℃～105℃，例如85℃、90℃、95℃、100℃或105℃等。
[0018]优选地，步骤(1)所述粉碎后进行筛分，取粒径0.075mm～0.15mm(例如0.075mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.12mm或0.15mm等)的花生壳颗粒用于步骤(2)。
[0019]优选地，步骤(2)所述硅粉的粒度在纳米级或微米级。
[0020]优选地，步骤(2)所述硫化锑的粒度在纳米级或微米级。
[0021]优选地，步骤(2)所述硅粉和硫化锑的质量比为(1～2):(1～2)，例如1:1、1:1.2、1:1.5、1:2、2:1、2:1.3、2:1.5或2:1.8等。
[0022]优选地，步骤(2)所述花生壳和硫化锑的质量比为(20～25):1。
[0023]优选地，步骤(2)所述液相混合采用的溶剂包括乙醇。
[0024]作为本专利技术所述方法的一个优选技术方案，步骤(2)所述液相混合包括：
[0025](a)取硅粉和硫化锑混合并研磨均匀，得到混合粉体；
[0026](b)将步骤(a)所述的混合粉体分散在溶剂中，得到混合悬浮液；
[0027](c)将花生壳颗粒分散到步骤(b)所述的混合悬浮液中，搅拌均匀。
[0028]优选地，步骤(a)所述研磨的方式为球磨，球磨的气氛为惰性气氛。
[0029]优选地，所述球磨的转速为800rpm～1500rpm，例如800rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm、1200rpm、1300rpm、1400rpm或1500rpm等；所述球磨的时间为20h～24h，例如20h、21h、21.5h、22h、23h或24h等。
[0030]优选地，步骤(b)所述溶剂包括乙醇。
[0031]优选地，步骤(b)所述溶剂的使用量为(40～200)mL/(0.2～1)g硅粉，例如40mL/
(0.2～1)g、60mL/(0.2～1)g、70mL/(0.2～1)g、80mL/(0.2～1)g、95mL/(0.2～1)g、100mL/(0.2～1)g、110mL/(0.2～1)g、125mL/(0.2～1)g、140mL/(0.2～1)g、160mL/(0.2～1)g、180mL/(0.2～1)g、200mL/(0.2～1)g、(40～200)mL/0.2g、(40～200)mL/0.3g、(40～200)mL/0.4g、(40～200)mL/0.5g、(40～200)mL/0.7g、(40～200)mL/0.8g或(40～200)mL/1g等。
[0032]优选地，步本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采用花生壳制备负载锑的硅碳复合负极材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将花生壳粉碎得到花生壳颗粒；(2)将步骤(1)所述的花生壳颗粒、硅粉和硫化锑进行液相混合后固液分离；(3)将步骤(2)固液分离得到的固形物在惰性气氛下进行高温碳化，得到前驱体，得到负载锑的硅碳复合负极材料；其中，花生壳作为碳源和还原剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述花生壳在粉碎前进行清洗和烘干的步骤，所述烘干的温度优选为85℃～105℃；优选地，步骤(1)所述粉碎后进行筛分，取粒径0.075mm～0.15mm的花生壳颗粒用于步骤(2)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述硅粉的粒度在纳米级或微米级；优选地，步骤(2)所述硫化锑的粒度在纳米级或微米级；优选地，步骤(2)所述硅粉和硫化锑的质量比为(1～2):(1～2)；优选地，步骤(2)所述花生壳和硫化锑的质量比为(20～35):1；优选地，步骤(2)所述液相混合采用的溶剂包括乙醇。4.根据权利要求1
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3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述液相混合包括：(a)取硅粉和硫化锑混合并研磨均匀，得到混合粉体；(b)将步骤(a)所述的混合粉体分散在溶剂中，得到混合悬浮液；(c)将花生壳颗粒分散到步骤(b)所述的混合悬浮液中，搅拌均匀。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(a)所述研磨的方式为球磨，球磨的气氛为惰性气氛；优选地，所述球磨的转速为800rpm～1500rpm，所述球磨的时间为20h～24h；优选地，步骤(b)所述溶剂包括乙醇；优选地，步骤(b)所述溶剂的使用量为(40～200)mL/(0.2～1)g硅粉；优选地，步骤(b)将混合粉体分散在溶剂中搅拌0.3h～1h；优选地，步骤(c)所述搅拌的时间为18h～24h。6.根据权利要求1
【专利技术属性】
技术研发人员：康宁，代强，王鹏，刘金成，
申请(专利权)人：荆门亿纬创能锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：
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