一种硅碳复合材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种硅碳复合材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池，该硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)向有机钛环氧树脂混合液中加入石墨烯，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；(2)向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣，得锂盐/硬碳复合材料；(3)将锂盐/硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入硅碳材料，进行球磨，过滤、干燥滤渣，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎，得硅碳复合材料。相比于现有技术，本发明专利技术制得的硅碳复合材料能够同时兼顾首效和快充性能。碳复合材料能够同时兼顾首效和快充性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料相关
，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]传统的锂离子电池负极材料是石墨负极材料。但是石墨的理论比容量较低(372mAh/g)，不能满足如今对能量的需求。而硅负极材料具有高达4200mAh/g的理论比容量，并且具有合适的电位(～0.5V)，相较于石墨在充电时更难引起表面析锂的安全问题，同时硅元素在地壳中含量丰富，所以硅负极材料是最有希望的高性能锂离子电池负极材料。
[0003]但硅基材料作为锂离子电池负极存在体积膨胀大与导电性较差的问题，在嵌锂/脱锂的过程会使硅基负极材料体积发生巨大的变化，因此锂离子电池的循环容量与寿命都会迅速衰减。现有技术有使用氧化亚硅作负极，纳米硅附着在氧化亚硅表面，再在表面包覆一层纳米碳层，其克容量高达1700mAh/g，但首效仅在81％左右，且快充性能也比较差。
[0004]有鉴于此，确有必要开发一种能够同时兼顾首效和快充性能的硅碳负极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够同时兼顾首效和快充性能的硅碳复合材料及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％
‑
20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；
[0009](2)配置重量浓度为5％
‑
10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣，得锂盐/硬碳复合材料；
[0010](3)将锂盐/硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3
‑
20μm的硅碳材料，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎，得硅碳复合材料。
[0011]优选地，步骤(1)中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、甲乙酮、环己酮、乙酸乙酯中的至少一种。
[0012]优选地，步骤(1)中，所述加热的温度为100
‑
150℃，所述加压的压强为1
‑
5Mpa，反应的时间为1
‑
3h。
[0013]优选地，步骤(1)中，所述低温真空干燥为：在温度为30
‑
80℃，真空度≤100pa的条件下，干燥6
‑
12h。
[0014]优选地，步骤(1)中，所述惰性气体为氩气或氦气，碳化的温度为500
‑
1000℃，碳化
的时间为4
‑
12h。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述有机钛环氧树脂与所述石墨烯的重量比为100：(1
‑
5)。
[0016]优选地，步骤(1)中，所述多孔复合硬碳基体的孔隙率为60～80％。
[0017]优选地，步骤(2)中，所述无机锂盐为碳酸锂、氢氧化锂、锆酸锂、钒酸锂、钛酸锂中的至少一种。
[0018]优选地，步骤(2)中，所述无机锂盐与所述多孔复合硬碳基体的重量比为(1
‑
5)：(10
‑
30)；反应的时间为3
‑
5h。
[0019]优选地，步骤(3)中，所述葡萄糖溶液的浓度为2％
‑
3％。
[0020]优选地，步骤(3)中，锂盐/硬碳复合材料、葡萄糖溶液、硅碳材料的重量比为(15
‑
35)：500：(100
‑
200)。
[0021]优选地，步骤(3)中，所述碳化的温度为500
‑
1000℃，碳化的时间为1
‑
6h。
[0022]根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种硅碳复合材料，由上述的硅碳复合材料的制备方法制得。
[0023]根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供一种负极极片，包括集流体和涂覆在所述集流体上的负极材料，所述负极材料为上述的硅碳复合材料。
[0024]根据本专利技术的第四方面，本专利技术提供一种锂离子电池，包括上述的负极极片。
[0025]本专利技术的有益效果在于：本专利技术制备的硅碳复合材料通过有机钛环氧树脂制备出含钛的多孔复合硬碳基体，而该多孔复合硬碳基体包覆在石墨的表面，发挥了硬碳与二氧化钛之间的协同作用，即二氧化钛高结构稳定性、高电化学电位及硬碳层的多孔结构、大的间距，改善了锂离子的嵌出通道，提高了在充放电过程中锂离子的嵌出速率及材料的倍率充电性能，使其在锂离子电池倍率充电过程中提高其快充性能和安全性能。此外，材料的外表面包覆有锂盐，锂盐的包覆能为材料的充放电过程提供锂离子，从而提高其充放电效率，而多孔复合硬碳基体又改善了锂离子的嵌出通道，即锂离子的数量及嵌出通道均得到了改善。而且锂盐可以填充硬碳缺陷处结构，降低其材料的不可逆容量，并提高其材料的首次效率，进而提高其电池的能量密度。同时无机锂盐在硅形成SEI膜时提供部分锂，减少锂离子的消耗。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％
‑
20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；
[0029](2)配置重量浓度为5％
‑
10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣，得锂盐/硬碳复合材料；
[0030](3)将锂盐/硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3
‑
20μm的硅碳材料，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎，得硅碳复合材料。
[0031]本专利技术制备的硅碳复合材料通过表面包覆，同时导入锂盐，能够有效提升材料的快充性能和首次效率。
[0032]在根据本专利技术的一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将有机钛环氧树脂加入有机溶剂中，混合搅拌均匀得重量浓度为5％
‑
20％的混合液；向混合液中加入石墨烯，搅拌均匀，在加热加压条件下进行水热反应，待反应完毕，过滤除去滤液，低温真空干燥滤渣，在惰性气体环境下碳化滤渣，得多孔复合硬碳基体；(2)配置重量浓度为5％
‑
10％的无机锂盐水溶液，向无机锂盐水溶液中加入多孔复合硬碳基体，搅拌进行反应，待反应结束，过滤反应液，干燥滤渣，得锂盐/硬碳复合材料；(3)将锂盐/硬碳复合材料加入葡萄糖溶液中，搅拌均匀，再加入粒径为3
‑
20μm的硅碳材料，搅拌均匀进行球磨，过滤、干燥滤渣，在惰性气体的保护下，将滤渣进行碳化，待碳化完毕，自然降温至室温，粉碎，得硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、乙醇、丙酮、丁醇、甲乙酮、环己酮、乙酸乙酯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述加热的温度为100
‑
150℃，所述加压的压强为1
‑
5Mpa，反应的时间为1
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3h。4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述低温真空干燥为：在温度为30
‑
80℃，真空度≤100pa的条件下，干燥6
‑
12h。5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述惰性气体为氩气或氦气，碳化的温度为500
‑
1000℃，碳化的时间为4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉勇，王易玮，覃关键，
申请(专利权)人：汇洋世纪新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：