硅碳负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，公开了硅碳负极材料及其制备方法和应用，该硅碳负极材料的化学通式为Li

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及硅碳负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，因为废动力电池中存在的某些金属和电解质的释放对环境有害，也基于锂离子电池资源有限的原因，相关回收企业加大了对废动力电池回收。废动力电池中常见的可回收材料是锂钴氧化物、磷酸铁锂和钴镍锰氧化物等正极材料、铜铝箔等集电体材料、以及石墨等负极材料。其中石墨是一种关键的负极材料，因此开发从报废动力电池中回收石墨的高效回收再利用工艺变得非常重要，可以减少采矿对环境的影响、提高石墨资源循环利用率。
[0003]新能源汽车产业对的动力电池功率密度、使用寿命的要求原来越高，而动力电池中储锂性能优异而又对环境友好的负极材料至关重要，相对于石墨(碳基)负极材料来说，硅基负极材料具有极高的理论比容量。目前，硅基负极材料在脱嵌锂的过程中，硅的体积膨胀会导致电极材料从集电体上脱离，甚至造成硅本身的粉化，负极材料功能失效。此外，硅本身导电性较差，降低电池的传输效率，硅的体积膨胀会使电池内部的孔隙变少，金属锂析出，存在着严重的安全性问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种硅碳负极材料及其制备方法和应用，该硅碳负极材料解决了硅负极的体积变化大、材料结构的破坏、负极的功能失效等问题，同时实现废旧动力电池中石墨废料回收，并提高在负极材料方面的高效利用价值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种硅碳负极材料，其化学通式为Li
f
‑
Si@C
‑
R
s
O
t
/B
‑
Z
a
O
b
；所述R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银、镁、钙、锗、锡、锑中至少一种；所述Z为铝、镁、锌中的至少一种，其中s、t分别独立的为1、2、3、4或5，a＝1或2，b＝1或3。
[0007]优选地，所述R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银中至少一种。
[0008]优选地，所述Z
a
O
b
为Al2O3、MgO、ZnO中的一种。
[0009]优选地，所述R
s
O
t
为ZrO2、NiO、MnO、CuO中的至少一种。
[0010]优选地，所述硅碳负极材料为Li
0.04
‑
Si@C
‑
CuO/B
‑
MgO、Li
0.03
‑
Si@C
‑
MnO/B
‑
MgO、Li
0.02
‑
Si@C
‑
ZrO2/B
‑
Al2O3、Li
0.02
‑
Si@C
‑
NiO/B
‑
Al2O3中的至少一种。
[0011]一种硅碳负极材料的制备方法，所述的制备方法用于制备上述硅碳负极材料。
[0012]一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将硅溶胶、可溶性R盐和硼酸聚合物混合搅拌，再加入石墨粉混合，反应，得到Si@C
‑
R盐/BAP前体，热处理，得到Si@C
‑
R
s
O
t
/B；
[0014]在石墨块为阴极、金属Z为阳极的电解槽中，用锂离子导体膜分隔电解槽为两个半
槽，分别为阴极半槽和阳极半槽，将Si@C
‑
R
s
O
t
/B置于阴极半槽通电电解，进行嵌锂处理，将阴极半槽固液分离，固体洗涤、烘干，得到Li
f
‑
Si@C
‑
R
s
O
t
/B；
[0015]向阳极半槽中的电解液加入锂源搅拌，反应，固液分离，取固相与所述Li
f
‑
Si@C
‑
R
s
O
t
/B混合均匀，再进行热处理，得到所述硅碳负极材料。
[0016]优选地，所述石墨块是由以下方法制备得到：将动力电池回收热解、筛分，得到电池黑粉，加硫酸调pH，并加入还原剂搅拌，固液分离，取固相水洗，再加入分散剂混合，粉碎，压制成型，得到石墨块。
[0017]进一步优选地，所述电池黑粉和硫酸的固液比为100
‑
300g/L。
[0018]进一步优选地，所述硫酸的浓度为1
‑
10mol/L；更优选地，硫酸的浓度为5
‑
10mol/L。
[0019]优选地，所述还原剂为焦硫酸钠、焦硫酸钾、亚硫酸钠、亚硫酸钾、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾中至少一种。
[0020]进一步优选地，所述还原剂和硫酸的固液比为10
‑
100g/L。
[0021]进一步优选地，所述分散剂为蛋白液、甘油、苯甲酸中至少一种。
[0022]进一步优选地，所述固相和分散剂的固液比为30
‑
400g/L。
[0023]进一步优选地，所述石墨粉的粒度<5μm。
[0024]优选地，所述硅溶胶、石墨、硼酸聚合物的固液比为(10
‑
50)g：(2
‑
30)g：(0.1
‑
5)ml。
[0025]优选地，所述可溶性R盐中R的加入量为硅溶胶、石墨总质量的0.01
‑
0.10。
[0026]优选地，所述可溶性R盐为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银、镁钙、锗、锡、锑的可溶性的硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、氯化盐、溴化盐中至少一种。
[0027]优选地，所述硼酸聚合物为4
‑
硼酸酯
‑
4',4'
‑
二甲基三苯胺、B,B'
‑
噻吩[3,2
‑
B]噻吩
‑
2,5
‑
二酰基双[硼酸]中的至少一种。
[0028]优选地，所述热处理的温度为200
‑
400℃，热处理的时间为2
‑
6h。
[0029]优选地，所述活性金属Z为镁、铝、锰、锌中的至少一种。
[0030]优选地，所述锂离子导体膜特点在于：电解时仅锂离子可以通过。
[0031]优选地，所述阴极半槽中由Si@C
‑
R
s
O
t
/B材料、导电剂组成。
[0032]进一步优选地，所述导电剂是由二甲基乙二醇、碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂按照1：1.5：1的体积比混合。
[0033]更优选地，所述六氟磷酸锂的浓度为1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，其特征在于，所述硅碳负极材料的化学通式为Li
f
‑
Si@C
‑
R
s
O
t
/B
‑
Z
a
O
b
；所述R为锆、铜、镍、钴、锰、铬、钛、钼、银、镁、钙、锗、锡、锑中至少一种；所述Z为铝、镁、锌中的至少一种，其中s、t分别独立的为1、2、3、4或5，a＝1或2，b＝1或3。2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述Z
a
O
b
为Al2O3、MgO、ZnO中的一种。3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述R
s
O
t
为ZrO2、NiO、MnO、CuO中的至少一种。4.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料为Li
0.04
‑
Si@C
‑
CuO/B
‑
MgO、Li
0.03
‑
Si@C
‑
MnO/B
‑
MgO、Li
0.02
‑
Si@C
‑
ZrO2/B
‑
Al2O3、Li
0.02
‑
Si@C
‑
NiO/B
‑
Al2O3中的至少一种。5.权利要求1
‑
4任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法用于制备权利要求1
‑
4任一项所述的硅碳负极材料。6.根据权利要求5所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅溶胶、可溶性R盐和硼酸聚合物混合搅拌，再加入石墨粉混合，反应，得到Si@C
‑
R盐/BAP前体，热处理，得到Si@C
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：钟应声，余海军，李爱霞，谢英豪，李波，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：