硅碳负极材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅碳负极材料制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，将碳源与造孔剂混合，置于通入混合气体的管式炉中进行煅烧；步骤2，将步骤1中所得产物进行酸洗后水洗至中性烘干；步骤3，将步骤2所得产物置于管式炉中进行煅烧后得到多孔碳基体；步骤4，将步骤3所得产物置于回转炉中，通入保护气体和硅源气体的混合气在多孔碳基体内部沉积纳米硅，得到生长纳米硅的多孔碳基体；步骤5，将步骤4所得产物置于回转炉中，在保护气体和有机气源的混合气氛中进行化学气相沉积，对纳米硅生长的多孔碳基体进行软碳包覆，得到硅基负极材料。本发明专利技术中采用多孔碳为原料，解决了现有硅碳材料在充放电循环中Li

【技术实现步骤摘要】
硅碳负极材料制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极活性物质材料
，涉及一种硅碳负极材料制备方法。

技术介绍

[0002]碳是自然界储量最丰富的元素之一，多孔化后的碳材料由于具有大比表面积和孔体积、可调孔结构、优异的物理化学和机械性能等优点，被广泛应用到各个领域。近年来，多孔碳材料逐渐被应用于制备硅碳负极材料。多孔骨架结构可有效抑制硅颗粒的尺寸并提供电子传输的快速通道，相比传统砂磨法制备的硅碳材料，这种新型硅碳材料可有效抑制Li
+
脱/嵌入过程中Li
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Si4相的生成，因此具有更优异的电化学性能和更低的膨胀率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种硅碳负极材料制备方法，该方法中采用多孔碳为原料，解决了现有硅碳材料在充放电循环中Li
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Si4相的问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，硅碳负极材料制备方法，具体包括如下步骤：
[0005]步骤1，将碳源与造孔剂混合，置于通入混合气体的管式炉中进行煅烧；
[0006]步骤2，将步骤1中所得产物进行酸洗后水洗至中性烘干；
[0007]步骤3，将步骤2所得产物置于管式炉中进行煅烧后得到多孔碳基体；
[0008]步骤4，将步骤3所得产物置于回转炉中，通入保护气体和硅源气体的混合气在多孔碳基体内部沉积纳米硅，得到生长纳米硅的多孔碳基体；
[0009]步骤5，将步骤4所得产物置于回转炉中，在保护气体和有机气源的混合气氛中进行化学气相沉积，对纳米硅生长的多孔碳基体进行软碳包覆，得到硅基负极材料。
[0010]本专利技术的特点还在于：
[0011]步骤1中，碳源为沥青基、煤基、树脂基、生物质基中的一种；造孔剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；碳源与造孔剂的混合质量比为1:1
‑
1:4。
[0012]步骤1中，混合气体为氢气和氮气混合，或者为氢气和氩气混合，混合气体中两种气体的体积比为1:1
‑
1:9，混合气体流量为30L/min
‑
120L/min。
[0013]步骤1中，煅烧温度为700℃
‑
1100℃，煅烧时间为0.5h
‑
5h。
[0014]步骤3中，煅烧温度为200℃
‑
1000℃，煅烧时间为0.5h
‑
5h。
[0015]步骤4中，保护气体和硅源气体的混合体积比为1:1
‑
9:1，混合气体流量为10L/h
‑
50L/h，加热温度为500℃
‑
900℃，保温时间为4h
‑
10h。
[0016]步骤4中，所述步骤4中，保护气体为氢气、氮气、氩气中的一种；硅源气体为硅烷、二硅烷、三硅烷、四硅烷、氯硅烷和六氯硅烷中的一种。
[0017]步骤5中，保护气体和有机气源的混合体积比1:1
‑
9:1，混合气体流量为10L/h
‑
50L/h，加热温度为500℃
‑
900℃，保温时间为2h
‑
6h。
[0018]步骤5中，保护气体为氮气、氩气中的一种，有机气源为乙炔、丙烷、环己烷、甲烷和
苯中的一种。
[0019]本专利技术的有益效果是，本专利技术在碱活化造孔过程中引入一定量的氢气，通过对氢气合理的气流量和比例控制，可有效减缓活化过程中对碳源的刻蚀速率，制备出的多孔碳材料孔径更小，孔径分布呈现窄的单峰状。相比商业活性碳材料，本专利技术制备的多孔碳材料孔径小，孔径分布集中，颗粒表面光滑平整。制备硅碳材料的过程中，以氢气为硅烷载气，可有效将硅烷引入小孔径内，最终制成的硅碳材料在循环测试中生成的Li
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Si4相更少，在电化学循环测试中具有更低的体积膨胀，更利于电池使用过程中的安全性和稳定性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术硅碳负极材料制备方法的流程图；
[0021]图2是本专利技术硅碳负极材料制备方法实施例1和对比例1
‑
3多孔碳的扫描电镜(SEM)图；
[0022]图3是本专利技术硅碳负极材料制备方法实施例1多孔碳的孔径分布图；
[0023]图4是本专利技术硅碳负极材料制备方法实施例1的电压—dQ/dV曲线图；
[0024]图5是本专利技术硅碳负极材料制备方法对比例2的电压—dQ/dV曲线图；
[0025]图6(a)～(c)是本专利技术硅碳负极材料制备方法实施例1的截面能谱(EDS)图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术硅碳负极材料制备方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
[0028]步骤1，将碳源进行粉碎后与造孔剂按一定比例进行混合，置于通入混合气体的管式炉中进行煅烧；
[0029]具体步骤包括：碳源先进行破碎筛分，然后与造孔剂置于研钵中研磨混合均匀，置于烧舟中在混合气体气氛下进行煅烧。
[0030]其中，碳源为沥青基、煤基、树脂基、生物质基中的一种，造孔剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种，优选氢氧化钾，混合气体为氢气和氮气或氢气和氩气，优选氢气和氮气，氢气和氮气的体积比为1:1
‑
1:9，流量为30L/min
‑
120L/min，碳与造孔剂的混合质量比为1:1
‑
1:4，煅烧温度700℃
‑
1100℃，煅烧时间0.5h
‑
5h。
[0031]步骤2，将步骤1中煅烧好的物料进行酸洗后水洗至中性烘干；
[0032]具体步骤包括：将步骤1中完成煅烧的物料溶于稀盐酸溶液中搅拌，待溶液没有明显气泡产生后水洗物料至中性后抽滤，放入烘箱干燥。
[0033]其中，酸洗使用的盐酸浓度为1M。
[0034]步骤3，将步骤2中的烘干料置于管式炉中进行煅烧后得到多孔碳材料。
[0035]其中，煅烧温度200
‑
1000℃，煅烧时间0.5
‑
5h。
[0036]步骤4，将步骤3中多孔碳基体置于回转炉中，通入保护气体和硅源气体的混合气在多孔碳基体内部沉积纳米硅，得到生长纳米硅的多孔碳基体；
[0037]其中，保护气体和硅源气体的混合体积比为1:1
‑
9:1，混合气体流量为10L/h
‑
50L/h，加热温度为500℃
‑
900℃，保温时间为4h
‑
10h，保护气体为氢气、氮气、氩气中的一种，优选氢气，硅源气体为硅烷、二硅烷、三硅烷、四硅烷、氯硅烷和六氯硅烷中的一种，优选硅烷。
[0038]步骤5，将步骤4所得的纳米硅生长的多孔碳基体置于回转炉中，在保护气体和有机气源的混合气氛中进行化学气相沉积，对纳米硅生长的多孔碳基体进行软碳包覆，得到硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.硅碳负极材料制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，将碳源与造孔剂混合，置于通入混合气体的管式炉中进行煅烧；步骤2，将步骤1中所得产物进行酸洗后水洗至中性烘干；步骤3，将步骤2所得产物进行煅烧后得到多孔碳基体；步骤4，将步骤3所得产物置于回转炉中，通入混合气在多孔碳基体内部沉积纳米硅，得到生长纳米硅的多孔碳基体；步骤5，将步骤4所得产物置于回转炉中，在混合气氛中进行化学气相沉积，对纳米硅生长的多孔碳基体进行软碳包覆，得到硅基负极材料。2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中，碳源为沥青基、煤基、树脂基、生物质基中的一种；造孔剂为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种；碳源与造孔剂的混合质量比为1:1
‑
1:4。3.根据权利要求2所述的硅碳负极材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中，混合气体为氢气和氮气混合，或者为氢气和氩气混合，混合气体中两种气体的体积比为1:1
‑
1:9，混合气体流量为30L/min
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120L/min。4.根据权利要求3所述的硅碳负极材料制备方法，其特征在于：所述步骤1中，煅烧温度为700℃
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1100℃，煅烧时间为0.5h
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5h。5.根据权利要求1所述的硅碳负极材料制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云祥，薛孟尧，张长安，曹新龙，屈涛，宋骞，
申请(专利权)人：泾河新城陕煤技术研究院新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：