一种硬炭复合负极材料及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种硬炭复合负极材料及其制备方法与锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，制备方法包括如下步骤：将纳米硅、硼源与表面活性剂加入至醇类溶剂中，超声分散，得到悬浊液；在悬浊液中加入钛源，得到混合反应液；将所述混合反应液置于水热釜中，于180

【技术实现步骤摘要】
一种硬炭复合负极材料及其制备方法与锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种硬炭复合负极材料及其制备方法与锂离子电池。

技术介绍

[0002]因具有能量密度高、无记忆效应等优点，目前锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备、通讯设备、电动汽车等领域。随着科技的发展与进步，目前锂离子电池商用石墨负极已难以满足用户对锂离子电池高性能的需求，寻找具有高容量、安全性高且制造与使用成本低的新一代负极材料已成为学术界与工业界研究的重点。
[0003]其中硅因具有较高的比容量且储量丰富而受到广泛关注；然而，将硅用于锂离子电池负极材料时，在充放电过程中体积效应显著，严重的体积变化易于使负极材料粉化，导致循环性能差。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：为了解决现有技术中硅基负极材料循环性能差的问题，本专利技术提供一种硬炭复合负极材料的制备方法，该制备方法以纳米硅、硼源、钛源为原料，先经水热法制备水热产物，再将水热产物与硬炭前驱体混合、煅烧后，得到硬炭Si/TiC
‑
TiB2复合负极材料，该复合负极材料体积效应小，解决了现有技术中硅基负极材料循环性能差的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种硬炭复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：将纳米硅、硼源与表面活性剂加入至醇类溶剂中，超声分散，得到悬浊液；
[0008]S2：在所述悬浊液中加入钛源，得到混合反应液；
[0009]S3：将所述混合反应液置于水热釜中，于180
‑
250℃进行水热处理，得到水热产物；
[0010]S4：将所述水热产物与硬炭前驱体混合，得到混合物；
[0011]S5：在惰性气氛下，于1000
‑
1500℃对所述混合物进行煅烧，得到硬炭复合负极材料。
[0012]可选地，所述钛源选自钛酸四丁酯与钛酸异丙酯中的至少一种。
[0013]可选地，所述硼源为硼酸。
[0014]可选地，所述硬炭前驱体选自淀粉、蔗糖、酚醛树脂中的至少一种。
[0015]可选地，所述表面活性剂选自CTAB、P123、PVP中的至少一种。
[0016]可选地，所述纳米硅、所述硼源、所述钛源的摩尔比为(3
‑
5)：(3.5
‑
6.5)：(4
‑
7)。
[0017]可选地，所述表面活性剂与所述纳米硅的质量比为(2
‑
7.5)：(3
‑
16.5)。
[0018]可选地，所述硬炭前驱体与所述纳米硅的质量比为(30
‑
45)：(1
‑
3)。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种硬炭复合负极材料，通过如上所述的硬炭复合负极材料的制备方法制备。
[0020]本专利技术的再一目的在于提供一种锂离子电池，包括如上所述的硬炭复合负极材料，
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术提供的硬炭复合负极材料的制备方法，以纳米硅、硼源、钛源为原料，先经水热法制备水热产物，再将水热产物与硬炭前驱体混合、煅烧后，得到硬炭Si/TiC
‑
TiB2复合负极材料，该复合负极材料通过引入纳米硅来提高容量的基础上，通过包覆于纳米硅外侧的TiC，不仅有助于提高复合负极材料的导电性，还能够有效缓解硅在充放电过程中的体积效应，避免负极材料粉化，提高复合负极材料的循环性能；此外，该复合负极材料中通过引入TiB2还有助于进一步提高其电化学性能，提高结构的稳定性，进一步提高循环性能的稳定性。
具体实施方式
[0023]现在对本专利技术作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
[0024]为解决现有技术中硅基负极材料循环性能差的问题，本专利技术提供一种硬炭复合负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0025]S1：将纳米硅、硼源与表面活性剂加入至醇类溶剂中，超声分散，得到悬浊液；
[0026]S2：在悬浊液中加入钛源，得到混合反应液；
[0027]S3：将混合反应液置于水热釜中，于180
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250℃进行水热处理，得到水热产物；
[0028]S4：将水热产物与硬炭前驱体混合，得到混合物；
[0029]S5：在惰性气氛下，于1000
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1500℃对混合物进行煅烧，得到硬炭复合负极材料。
[0030]本专利技术优选步骤S1中的醇溶剂为乙醇；通过将纳米硅、硼源与表面活性剂加入至乙醇溶剂中超声分散，一方面使得纳米硅与硼源均匀混合；另一方面，水热处理过程中，钛源反应生成二氧化钛，由于表明活性剂的存在，使得生成的二氧化钛能够均匀的包覆于纳米硅的表面；具体的，步骤S3得到的水热产物为Si/TiO2‑
硼源复合材料，即该水热产物包括包覆有TiO2包覆层的纳米硅以及硼酸；由于步骤S1同步将纳米硅、硼源与表面活性剂进行超声分散，纳米硅与硼源分散均匀，因此，通过水热反应后，硼源均匀分散于水热产物中；进一步将水热产物与硬炭前驱体混合，并于惰性气氛煅烧过程中，水热产物与硬炭前驱体反应，其中纳米硅避免的二氧化钛与碳反应生成TiC，使得纳米硅表面形成TiC包覆层；随着煅烧时间的增加，水热产物中未反应的二氧化碳进一步与硼源反应，生成TiB2，从而得到硬炭Si/TiC
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TiB2复合材料，记为硬炭复合负极材料。
[0031]本专利技术提供的硬炭复合负极材料的制备方法，以纳米硅、硼源、钛源为原料，先经水热法制备水热产物，再将水热产物与硬炭前驱体混合、煅烧后，得到硬炭Si/TiC
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TiB2复合负极材料，该复合负极材料通过引入纳米硅来提高容量的基础上，通过包覆于纳米硅外侧的TiC，不仅有助于提高复合负极材料的导电性，还能够有效缓解硅在充放电过程中的体积效应，避免负极材料粉化，提高复合负极材料的循环性能；此外，该复合负极材料中通过引入TiB2还有助于进一步提高其电化学性能，提高结构的稳定性，进一步提高循环性能的稳定性。
[0032]具体的，本专利技术优选钛源选自钛酸四丁酯与钛酸异丙酯中的至少一种，以便于通过该钛源在水热处理过程中生成二氧化钛。
[0033]本专利技术优选硼源为硼酸，一方面通过该硼源在体系中引入硼元素，另一方面，通过硼酸来抑制钛源水解，使得钛源经水热处理得到具有纳米结构且均匀分散的二氧化钛，从而提高复合负极材料性能的稳定性。
[0034]为兼顾复合负极材料的电化学性能以及循环性能，本专利技术优选硬炭前驱体选自淀粉、蔗糖、酚醛树脂中的至少一种。
[0035]为保证纳米硅以及硼源分散的均匀性，本专利技术优选表面活性剂选自CTA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬炭复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将纳米硅、硼源与表面活性剂加入至醇类溶剂中，超声分散，得到悬浊液；S2：在所述悬浊液中加入钛源，得到混合反应液；S3：将所述混合反应液置于水热釜中，于180
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250℃进行水热处理，得到水热产物；S4：将所述水热产物与硬炭前驱体混合，得到混合物；S5：在惰性气氛下，于1000
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1500℃对所述混合物进行煅烧，得到硬炭复合负极材料。2.如权利要求1所述的硬炭复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述钛源选自钛酸四丁酯与钛酸异丙酯中的至少一种。3.如权利要求2所述的硬炭复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述硼源为硼酸。4.如权利要求2所述的硬炭复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬炭前驱体选自淀粉、蔗糖、酚醛树脂中的至少一种。5.如权利要求2所述的硬炭复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自CTAB、P123、PVP中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢皎，王瑨，
申请(专利权)人：成都佰思格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：