本发明专利技术公开一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将四氯化硅和硬碳前驱体溶于醇类溶剂中，形成混合溶液；将混合溶液倒入水热反应釜中密封，将水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应，得到反应产物；将反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理，得到硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料。在本发明专利技术中，硬碳球体可以缓冲硅锂化过程中的体积膨胀，硅纳米颗粒被硬碳球体包裹，防止硅纳米颗粒与电解液直接接触，提高纳米硅负极材料首次库伦效率并降低循环过程中因SEI持续生长而引起的活性锂损失，显著改善循环稳定性；另外，硬碳球体导电性优于硅负极材料，大大提高硅负极材料倍率性能。材料倍率性能。材料倍率性能。
【技术实现步骤摘要】
一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及负极材料
，特别涉及一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
[0002]硅负极材料由于其容量高、脱嵌锂电位低、环境友好、储量丰富、成本低廉等优势，有望取代商业化应用广泛的石墨负极材料。但是硅负极锂化过程中存在严重的体积膨胀，导致硅颗粒破碎粉化，暴露出更多表面并导致SEI膜持续生长消耗活性锂离子，循环性能严重恶化。颗粒破碎后失去电连接、SEI膜越来越厚均会导致电芯内阻增加，恶化电芯循环和动力学性能。同时，硅负极材料本身电导率较石墨负极材料低，严重限制了电芯的倍率性能。
[0003]硅负极材料纳米化、与碳材料复合以及使用硅的氧化物是改善体积膨胀的常用手段，在一定程度上可以缓解体积膨胀，但容易引入首次库伦效率低、能量密度降低等问题，且改善效果往往不及预期。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料及其制备方法与应用，旨在解决现有硅负极材料易发生体积膨胀，导致电芯循环性能、动力学性能以及倍率性能较差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0008]将四氯化硅和硬碳前驱体溶于醇类溶剂中，形成混合溶液；
[0009]将所述混合溶液倒入水热反应釜中密封，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应，得到反应产物；
[0010]将所述反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理，得到硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料。
[0011]所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，所述硬碳前驱体为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂前驱体溶液、脲醛树脂前驱体溶液、聚丙烯腈、聚苯胺、糠醛和糠醇中的一种或多种。
[0012]所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，所述醇类溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。
[0013]所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应的步骤中，溶剂热反应的温度为120
‑
200℃，时间为2
‑
10h。
[0014]所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，将所述反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理的步骤中，煅烧处理的温度为600
‑
1800℃，时间为0.5
‑
10h。
[0015]所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其中，所述惰性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或多种；和/或，所述还原性气氛为乙炔和氢气中的一种或两种。
[0016]一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料，其中，采用本专利技术所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法制得。
[0017]所述的硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料，其中，所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料由硬碳球体以及镶嵌在所述硬碳球体内部的硅纳米颗粒组成。
[0018]所述的硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料，其中，所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的直径为0.5
‑
5μm，所述硅纳米颗粒的粒径为5
‑
50nm，所述硬碳球体占所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的质量比为20
‑
90％。
[0019]一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的应用，其中，将所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料用作锂离子电池负极极片上的活性物质。
[0020]有益效果：本专利技术提供了一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，制得的硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料由硬碳球体以及镶嵌在所述硬碳球体内部的硅纳米颗粒组成。与现有技术相比，本专利技术中硅以尺寸＜50nm的纳米颗粒形式存在，体积膨胀显著改善，同时硬碳球体可以缓冲硅锂化过程中的体积膨胀；硅纳米颗粒被硬碳球体包裹，防止硅纳米颗粒与电解液直接接触，提高纳米硅负极材料首次库伦效率并降低循环过程中因SEI持续生长而引起的活性锂损失，显著改善循环稳定性；另外，硬碳球体导电性优于硅负极材料，大大提高硅负极材料倍率性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法较佳实施例的流程图。
[0022]图2为本专利技术实施例1制备的硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的SEM图。
[0023]图3为本专利技术实施例1制备的硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的TEM图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术提供了一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，如图1所示，其包括步骤：
[0026]S10、将四氯化硅和硬碳前驱体溶于醇类溶剂中，形成混合溶液；
[0027]S20、将所述混合溶液倒入水热反应釜中密封，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应，得到反应产物；
[0028]S30、将所述反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理，得到硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料。
[0029]本专利技术提供了一种简单高效易操作的方法来制备硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料，制得的所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料由硬碳球体以及镶嵌在所述硬碳球体内部的硅纳米颗粒组成。在本专利技术中，所述硅纳米颗粒可以以粒径小于50nm的尺寸形式存在，体积膨胀显著改善，同时硬碳球体可以缓冲硅锂化过程中的体积膨胀；硅纳米颗粒被硬碳球体包裹，防止硅纳米颗粒与电解液直接接触，提高纳米硅负极材料首次库伦效率并降低循环过程中因SEI持续生长而引起的活性锂损失，显著改善循环稳定性；另外，硬碳球体导电性优于硅负极材料，大大提高硅负极材料倍率性能。
[0030]在一些实施方式中，所述硬碳前驱体可以为任意在高温高压下生成球状硬碳前驱体的含碳化合物中的一种或多种，作为举例，所述硬碳前驱体为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂前驱体溶液、脲醛树脂前驱体溶液、聚丙烯腈、聚苯胺、糠醛和糠醇中的一种或多种，但不限于此。
[0031]在一些实施方式中，所述醇类溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种，但不限于此。
[0032]在一些实施方式中，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应的步骤中，溶剂热反应的温度为120
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200℃，例如可以为120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将四氯化硅和硬碳前驱体溶于醇类溶剂中，形成混合溶液；将所述混合溶液倒入水热反应釜中密封，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应，得到反应产物；将所述反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理，得到硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料。2.根据权利要求1所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂前驱体溶液、脲醛树脂前驱体溶液、聚丙烯腈、聚苯胺、糠醛和糠醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述醇类溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其特征在于，将所述水热反应釜放入烘箱中加热进行溶剂热反应的步骤中，溶剂热反应的温度为120
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200℃，时间为2
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10h。5.根据权利要求1所述硬碳包覆硅纳米颗粒复合微球负极材料的制备方法，其特征在于，将所述反应产物烘干后，在惰性气氛和/或还原性气氛中进行煅烧处理的步骤中，煅烧处理的温度为600
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【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，成小康，苏威同，田冰冰，李真棠，
申请(专利权)人：广东马车动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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