硅碳-石墨负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新能源电池技术领域，公开了硅碳

【技术实现步骤摘要】
硅碳
‑
石墨负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源电池
，具体地说，涉及硅碳
‑
石墨负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]当前，市场对锂离子电池的能量密度要求，其中负极材料作为锂离子电池的关键材料，负极材料的容量提升可以大幅增加全电池的比容量，因而负极材料在很大程度上决定了电池性能的提升。
[0003]硅有着较高的理论容量以及储量丰富的优势，以及有着比传统石墨材料的理论比容量十倍的优势，而成为具有潜力的锂离子电池负极材料。
[0004]然后，硅在实际应用中存在充放电过程中产生高达300％的体积膨胀，其巨大的体积膨胀带来的问题就是，其会产生的巨大机械应力使得硅颗粒开裂和粉碎，从而限制了硅负极的应用领域。
[0005]因而，如何解决硅负极带来的体积的膨胀问题，是当前继续解决的问题。

技术实现思路

[0006]<本专利技术解决的技术问题>
[0007]用以解决现有技术存在的硅负极因体积膨胀导致的电池容量受到影响的问题。
[0008]<本专利技术采用的技术方案>
[0009]针对上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供硅碳
‑
石墨负极材料及其制备方法。
[0010]具体内容如下：
[0011]第一，本专利技术提供了一种硅碳
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石墨负极材料，包括内层的SiO2、外层的石墨、键合于内层与外层之间的g
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C3N4。
[0012]第二，本专利技术提供了一种前述的硅碳
‑
石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1将硅源、十六烷基三甲基溴化铵为原料经溶胶
‑
凝胶法得到介孔二氧化硅；
[0014]S2将g
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C3N4分散于水中形成分散液，再向分散液中加入硅烷偶联剂、介孔二氧化硅，并转移至特氟龙衬里的不锈钢高压釜中，经反应后，得到中间体；
[0015]S3向tris溶液中加入石墨、盐酸多巴胺和过硫酸铵，共混后，经反应得到多巴胺改性石墨；
[0016]S4将中间体加入水中，经分散得到分散液；再将聚酰胺酸、三乙醇胺溶于水中，加入多巴胺改性石墨，经超声搅拌、真空抽滤得到硅碳
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石墨负极材料。
[0017]<本专利技术的技术机理及有益效果>
[0018]本申请利用形成核壳结构的硅碳
‑
石墨负极材料，通过包覆在二氧化硅的表面均匀包覆石墨碳层，能够避免其与电解液接触，从而避免了使用过程中产生的不可逆反应。
[0019]本申请在纳米二氧化硅与石墨之间键合氮化碳，利用氮化碳的层状结构，能够形成连续、孔隙均布的外展型结构，能够很好地缓冲充放电过程中存在的体积变化，利用氮化
碳的结构，能够进一步提升负极材料的比表面积。此外，氮化碳与二氧化硅与石墨之间形成紧密的键合结构，能够避免硅材料的粉化以及脱落问题，从而改善电极的循环稳定性。
[0020]由于硅不能单独作为负极材料使用，通过将石墨包覆形成碳层，包覆于二氧化硅表面，能够改善硅碳负极材料的导电性。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]<技术方案>
[0023]一种硅碳
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石墨负极材料，包括
[0024]内层的SiO2、外层的石墨、键合于内层与外层之间的g
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C3N4。
[0025]本专利技术中，g
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C3N4掺杂有过渡族金属氧化物。
[0026]本专利技术中，过渡族金属氧化物包括MnO、Fe3O4、MoO3中的至少一种。
[0027]本专利技术中，g
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C3N4掺杂有过渡族金属氧化物的方法为，
[0028]将g
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C3N4分散于无水乙醇中，经超声处理得到，得到第一混合液；
[0029]将过渡族金属离子、三聚氰胺加入去离子水中，再加入氢氧化物使得过渡族金属离子沉淀，经干燥、煅烧得到g
‑
C3N4掺杂有过渡族金属氧化物。
[0030]本专利技术中，过渡族金属离子、三聚氰胺、氢氧化物的质量比为1:5～10:8～12。
[0031]本专利技术中，过渡族金属离子以硝酸盐的形式加入。
[0032]本专利技术中，氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。
[0033]本专利技术中，煅烧的工艺参数为400～600℃，5～10h。
[0034]第二，本专利技术提供了一种前述提及的硅碳
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石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0035]S1将硅源、十六烷基三甲基溴化铵为原料经溶胶
‑
凝胶法得到介孔二氧化硅；
[0036]S2将g
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C3N4分散于水中形成分散液，再向分散液中加入硅烷偶联剂、介孔二氧化硅，并转移至特氟龙衬里的不锈钢高压釜中，经反应后，得到中间体；
[0037]S3向tris溶液中加入石墨、盐酸多巴胺和过硫酸铵，共混后，经反应得到多巴胺改性石墨；
[0038]S4将中间体加入水中，经分散得到分散液；再将聚酰胺酸、三乙醇胺溶于水中，加入多巴胺改性石墨，经超声搅拌、真空抽滤得到硅碳
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石墨负极材料。
[0039]本专利技术中，硅源为正硅酸乙酯。
[0040]本专利技术中，硅源、十六烷基三甲基溴化铵、g
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C3N4、硅烷偶联剂的质量比为15～25:18～25:10～15:5～10。
[0041]本专利技术中，石墨、盐酸多巴胺、过硫酸铵的质量比为18～25:10:3～8。
[0042]本专利技术中，聚酰胺酸、三乙醇胺、多巴胺改性石墨的质量比为1～2:1～2:1。
[0043]<实施例>
[0044]实施例1
[0045]一种硅碳
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石墨负极材料，其制备方法，包括如下步骤：
[0046]S1将正硅酸乙酯、十六烷基三甲基溴化铵为原料经溶胶
‑
凝胶法得到介孔二氧化硅；
[0047]将十六烷基三甲基溴化铵溶解于乙醇和氨的混合溶液(溶剂为水，体积比为50乙醇:5氨水:150水)，搅拌过程中，加入正硅酸乙酯，在转速(1000r/min)下反应18～24h，经离心后，用乙醇洗涤后，干燥，得到介孔二氧化硅。
[0048]S2将g
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C3N4@MnO分散于水中形成分散液，再向分散液中加入硅烷偶联剂、介孔二氧化硅，并转移至特氟龙衬里的不锈钢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳
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石墨负极材料，其特征在于，包括内层的SiO2、外层的石墨、键合于内层与外层之间的g
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C3N4。2.根据权利要求1所述的硅碳
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石墨负极材料，其特征在于，g
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C3N4掺杂有过渡族金属氧化物。3.根据权利要求2所述的硅碳
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石墨负极材料，其特征在于，过渡族金属氧化物包括MnO、Fe3O4、MoO3中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的硅碳
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石墨负极材料，其特征在于，g
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C3N4掺杂有过渡族金属氧化物的方法为，将g
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C3N4分散于无水乙醇中，经超声处理得到，得到第一混合液；将过渡族金属离子、三聚氰胺加入去离子水中，再加入氢氧化物使得过渡族金属离子沉淀，经干燥、煅烧得到g
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C3N4掺杂有过渡族金属氧化物。5.根据权利要求4所述的硅碳
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石墨负极材料，其特征在于，过渡族金属离子、三聚氰胺、氢氧化物的质量比为1:5～10:8～12。6.如权利要求1至5中任意一项所述的硅碳
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石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1将硅源、十六烷基三甲基溴化铵为原...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳坤，王昌华，林昌彪，谢凤强，李祥波，覃伟才，
申请(专利权)人：梧州市同创新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：