一种高比容量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高性能锂离子电池负极材料领域，公开了一种高比容量硅碳负极材料及其制备方法和应用。本发明专利技术采用预先在纳米硅颗粒表面包覆一层无定形碳层，得到密封包覆的核壳结构硅碳复合材料，再将其均匀分散在碳网络基体当中得到最终材料。纳米硅颗粒表面的无定形碳层与碳网络基体材料之间会形成一种导电桥梁，不仅能够有效的改善纳米硅颗粒的导电性，还可以作为缓冲纳米硅颗粒体积膨胀的保护层来维持材料结构整体的稳定性，具有更加优异的电化学循环性能，在锂离子电池系统中具有广阔的应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高比容量硅碳负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高性能锂离子电池负极材料领域，特别涉及一种高比容量硅碳负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前为了解决传统化石能源所带来的一系列环境和健康问题，能源转型迫在眉睫。锂离子电池作为能源转型下的一种新型动力源，由于其能量密度高以及安全环保等特性，广泛应用于各种电子产品和新能源汽车领域。石墨材料作为最早商用化应用的负极材料，其理论比容量仅有372mA/g，远不能满足未来新能源领域的实际发展需求。而在锂离子电池众多负极材料的研究中，硅基负极材料由于其理论比容量较高以及充/放电电压平台较低，成为当前的研究热点。然而，硅基负极材料在商业化应用中仍存在诸多限制，主要是由于电池在进行充放电过程中，锂离子的嵌入和脱出会伴随着硅材料出现较大且不可逆的体积膨胀(～300％)，巨大体积膨胀势必会造成材料结构的破坏，使得硅颗粒与集流体之间失去电接触，进而导致其循环容量快速衰减。除此之外，硅材料作为一种典型的半导体材料，其导电性较差，会导致材料的首次循环效率低以及循环容量衰减严重。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比容量硅碳负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将椰果完全浸泡在NaOH溶液中加热处理，然后过滤洗至中性，得到BC水凝胶，再采用冷冻干燥技术对BC水凝胶干燥处理获得白色BC气凝胶；(2)将BC气凝胶置于管式炉中，在氮气气氛下进行碳化处理，得到CBC碳材料；(3)将制备CBC碳材料进行酸化处理；(4)对纳米硅颗粒表面进行有机物碳源包覆，在惰性气氛或氮气下碳化处理得到Si/C复合材料；(5)将步骤(3)酸化处理后的CBC碳材料分散在水中，再加入Si/C复合材料进行液相混合，然后离心抽滤、真空干燥，制备出所述高比容量硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的高比容量硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的加热处理是指在60～80℃水浴/油浴处理2～4h；步骤(1)中所述的NaOH溶液的浓度为2～4mol/L。3.根据权利要求1所述的高比容量硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的碳化处理是指以1～3℃/min的升温速率加热至300～500℃保温2～3h，再以4～5℃/min的升温速率加热至600～800℃保温2～4h。4.根据权利要求1所述的高比容量硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的酸化处理是指采用2～4mol/L的HNO3溶液在90℃下回流处理6～8h，然后离心洗涤至上清液为中性，收集样品并干燥，即得到酸化处理后的CBC碳材料。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志杰，曾勤勤，钟明峰，罗子昊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：