一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，包括以下步骤：S1、制备有核壳结构的Si

【技术实现步骤摘要】
一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺


[0001]本专利技术涉及电池材料领域，特别涉及一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺。

技术介绍

[0002]氧化硅(SiOx)是地球上最丰富的材料之一，具有高理论比容量，且成本低易于合成，被认为是比硅基负极材料更有前景的替代品。与元素硅相比，氧化硅在循环期间显示出较小的体积变化，且在第一次锂化过程中原位生成的Li2O和硅酸锂可以缓冲一定的体积变化，近年来一直是各大新能源材料企业研发的主要方向。例如专利CN105977463A公开的一种SiOx复合负极材料的制备方法、专利CN112467102A公开的一种SiOx
‑
Si@C@CNTs复合材料的制备方法等。
[0003]SiOx的嵌锂机理是：SiOx限于锂离子反应生成Si、Li2O和锂硅酸盐，Si再与锂离子反应生成可逆的LixSi，不可逆的Si缓冲体积膨胀和组织Si的团聚，但Li2O和锂硅酸盐的生产会消耗一部分锂离子，导致SiOx的不可逆容量增强、库伦效率降低。SiOx中氧含量的升高会降低放电比容量和库伦效率，但能够提升体积膨胀缓冲效果，从而增强循环稳定性（[1]蔡少燕. SiO_x和SiOC基负极材料合成及储锂性能研究[D]. 浙江工业大学.）。所以，目前氧化硅还存在一些缺点，如：固有低电导率的绝缘体制约了电化学活性；体积变化问题仍不可忽略，导致其应用受到了一定限制，需要对其进行合理改进，以利用其制备出综合性能优异的负极材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，包括以下步骤：S1、制备有核壳结构的Si
‑
SiO
X
复合芯材，该SiO
X
复合芯材的内核为Si颗粒，外层为SiO
X
包覆层，其中，X=1~2；S2、通过对所述Si
‑
SiO
X
复合芯材表面进行刻蚀处理，制备多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材；S3、利用多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材与有机锂反应，制备载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材；S4、对载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材进行碳包覆，得到载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材；S5、采用改性碳纳米管对载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材进行包覆，得到高储锂性能多孔SiOx负极材料。
[0006]优选的是，所述步骤S1具体为：以丙酮作为球磨介质，将粒径为1
‑
10μm的硅粉在280
‑
450rpm的转速下球磨3
‑
8h，球磨产物在130
‑
260℃下、空气气氛中加热2
‑
8h，冷却，得到所述Si
‑
SiO
X
复合芯材。
[0007]优选的是，所述步骤S2具体为：将Si
‑
SiO
X
复合芯材加入到0.2
‑
3mol/L的碱溶液中，搅拌，超声3
‑
15min，在30
‑
55℃下反应4
‑
16h，离心，过滤，固体产物洗涤，50
‑
90℃下真空
干燥，得到所述多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材。
[0008]优选的是，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。
[0009]优选的是，所述步骤S3具体为：S3
‑
1、将所述步骤S2得到的多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材加入乙醇中，超声5
‑
45min；S3
‑
2、向步骤S3
‑
1得到的产物中加入有机锂溶液和烷烃溶剂溶液，超声分散0.5
‑
2h，35
‑
55℃下搅拌反应8
‑
24h；S3
‑
3、反应结束后离心，过滤，固体产物用乙醇清洗，在60
‑
95℃下真空干燥，磨粉，得到所述载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材。
[0010]优选的是，所述有机锂溶液为浓度0.5
‑
2mol/L的苯基锂的乙醚溶液，烷烃溶剂溶液为环乙烷溶液。
[0011]优选的是，所述步骤S4具体为：S4
‑
1、将步骤S3得到的载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材和葡萄糖混合，搅拌均匀后加入球磨机中，在100
‑
300rpm的转速下球磨3
‑
15min；S4
‑
2、将步骤S4
‑
1得到的混合物加入管式炉中，以3
‑
15℃/min的升温速率升温至480
‑
750℃，氮气气氛下烧结1.5
‑
5h，冷却，得到所述载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材。
[0012]优选的是，所述步骤S5具体为：S5
‑
1、制备N、Na复合掺杂的改性碳纳米管；S5
‑
2、将所述步骤S5
‑
1得到的改性碳纳米管加入乙醇的水溶液中，再加入硝酸钴溶液，搅拌，超声分散15
‑
60min，得到混合物A；S5
‑
3、将步骤S4制备的载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材加入乙醇中，超声分散15
‑
60min，得到混合物B；S5
‑
4、将混合物A和混合物B混匀，球磨，得到浆料；S5
‑
5、将步骤S5
‑
4得到的浆料在90
‑
120℃下干燥，得到粉料；S5
‑
6、将步骤S5
‑
5得到的粉料加入到管式炉中，以2
‑
15℃/min的升温速率升温至400
‑
750℃，在氮气保护下烧结4
‑
10小时，冷却，得到所述高储锂性能多孔SiOx负极材料。
[0013]优选的是，所述步骤S5
‑
1具体包括：S5
‑1‑
1、制备羟基化碳纳米管；S5
‑1‑
2、对羟基化碳纳米管进行N、Na掺杂改性：S5
‑1‑2‑
1、将步骤S5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备有核壳结构的Si
‑
SiO
X
复合芯材，该SiO
X
复合芯材的内核为Si颗粒，外层为SiO
X
包覆层，其中，X=1~2；S2、通过对所述Si
‑
SiO
X
复合芯材表面进行刻蚀处理，制备多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材；S3、利用多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材与有机锂反应，制备载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材；S4、对载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材进行碳包覆，得到载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材；S5、采用改性碳纳米管对载锂多孔C
‑
Si
‑
SiO
X
复合芯材进行包覆，得到高储锂性能多孔SiOx负极材料。2.根据权利要求1所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1具体为：以丙酮作为球磨介质，将粒径为1
‑
10μm的硅粉在280
‑
450rpm的转速下球磨3
‑
8h，球磨产物在130
‑
260℃下、空气气氛中加热2
‑
8h，冷却，得到所述Si
‑
SiO
X
复合芯材。3.根据权利要求1所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S2具体为：将Si
‑
SiO
X
复合芯材加入到0.2
‑
3mol/L的碱溶液中，搅拌，超声3
‑
15min，在30
‑
55℃下反应4
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16h，离心，过滤，固体产物洗涤，50
‑
90℃下真空干燥，得到所述多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材。4.根据权利要求3所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠溶液。5.根据权利要求1所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3具体为：S3
‑
1、将所述步骤S2得到的多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材加入乙醇中，超声5
‑
45min；S3
‑
2、向步骤S3
‑
1得到的产物中加入有机锂溶液和烷烃溶剂溶液，超声分散0.5
‑
2h，35
‑
55℃下搅拌反应8
‑
24h；S3
‑
3、反应结束后离心，过滤，固体产物用乙醇清洗，在60
‑
95℃下真空干燥，磨粉，得到所述载锂多孔Si
‑
SiO
X
复合芯材。6.根据权利要求5所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述有机锂溶液为浓度0.5
‑
2mol/L的苯基锂的乙醚溶液，烷烃溶剂溶液为环乙烷溶液。7.根据权利要求1所述的高储锂性能多孔SiOx负极材料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S4具体为：S4
‑
1、将步骤S3得到的载锂多孔Si
‑
Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：何磊，阮劲进，武志强，
申请(专利权)人：隆能科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：