一种动力电池用硅碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种动力电池用硅碳负极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池用硅碳负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池材料领域，具体涉及一种动力电池用硅碳负极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车
、
电动列车
、
电动自行车
、
高尔夫球车提供动力的蓄电池，其主要区别于用于汽车发动机启动的启动电池，多采用阀口密封式铅酸蓄电池
、
敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池，电池负极是指电源中电位
(
电势
)
较低的一端，在原电池中，是指起氧化作用的电极，电池反应中写在左边，在电解池中，指起还原作用的电极，区别于原电池，从物理角度来看，是电路中电子流出的一极，目前电池的负极材料一般皆为碳材料，其中石墨类材料包括天然石墨
、
通过焦炭
、
沥青和各种有机物石墨化制备的人造石墨等，因其具有高的充放电容量
、
良好的充放电平台
、
来源广泛
、
成本低而得到广泛应用
。
[0003]目前商品化的锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极活性物质，主要包括石墨化碳材料以及硬碳，其中，前者主要包括人造石墨以及天然石墨，例如专利号为
CN115117355B
的专利中公开了一种二次电池用负极材料的制备方法和应用，其中，制备方法包括将片状天然石墨和中温煤焦油混合，并进行搅拌融合处理，之后将所得物料进行碳化处理；搅拌融合处理的转速为
1000
～
3000rpm
；所得二次电池用负极材料具有块状结构；块状结构由片状天然石墨层叠团聚而成；片状天然石墨的粒径为2‑9μ
m
；片状天然石墨的间隙以及块状结构的表面设有热解碳，但是其中的天然石墨也存在一定的弊端，例如在与电解液反应时，相容性较差，在进行粉碎时表面存在诸多缺陷等，这都将对其充电或放电的性能产生较大的不利影响
,
而现有的人造石墨中碳材料比容量较低
,
例如专利号为
CN108383116A
的专利公开了人造石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池负极，人造石墨负极材料的制备方法如下：对成品石墨进行分级，筛分出平均粒径为
1.5
‑4μ
m
的人造石墨细粉；将人造石墨细粉与煤沥青按1：
2.5
‑
5.5
的质量比混合；将混合物料加入卧式反应釜中在惰性气体保护下造粒，得到平均粒径为4‑
7.5
μ
m
的单颗粒和二次颗粒混合前驱体；将前驱体进行烧结炭化处理，将炭化后得到的二次颗粒石墨进行筛分，得到平均粒径为4‑
12
μ
m
的二次颗粒人造石墨负极材料，同时
,
石墨的嵌锂电位与锂沉积电位接近
,
低温充电或大倍率充放电易析锂造成安全性问题，因此
,
传统的碳类负极材料已难以满足电子设备小型化和动力用锂离子电池高功率
、
高容量发展要求
,
需要进一步研究开发具有高能量密度
、
高安全性能
、
长循环寿命性能的新型锂离子电池负极材料，为此亟需一种动力电池用硅碳复合负极材料的制备方法
。
[0004]现有技术的解决方案：为了提高锂离子电池的储能性能和循环稳定性，许多研究者都尝试了不同的解决方案
。
目前已有的一些解决方案包括：
①
硅纳米颗粒封装；
②
氧化硅复合材料；
③
硅碳复合材料
。
其中，硅碳复合材料是一种比较常见的方案，通过将碳材料与硅材料复合，可以同时兼顾储锂容量和循环稳定性
。

技术实现思路

[0005]现有的硅碳复合材料仍然存在一些问题
。
首先，由于硅的体积膨胀，硅颗粒在充放电过程中容易出现结构松散
、
剥离等问题，导致循环性能下降；其次，硅材料的导电性较差，会限制电池的放电性能；此外，现有的硅碳复合材料的制备过程复杂，成本较高，不利于大规模生产
。
因此，需要研究一种新型的硅碳复合负极材料，能够克服以上问题，提高锂离子电池的储能性能和循环稳定性
。
[0006]为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种动力电池用硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1
：将2‑
甲基咪唑和硝酸盐溶解于甲醇后加入氨水，混合，除杂，得到
MOF
前驱体；
[0009]S2
：于保护气氛下，将所述粉体煅烧，得到
MOF
多孔碳结构；
[0010]S3
：将硅泥粗粉破碎，筛分后于酸液中浸泡，得到酸洗后的硅粉颗粒；
[0011]S4
：于保护气氛下，对所述酸洗后的硅粉颗粒进行高能球磨，分散，得到硅粉；
[0012]S5
：将石墨
、
有机物和溶剂混合，
350
‑
450℃
加热6‑
8h
后加入所述硅粉
600
‑
700℃
加热2‑
4h
，冷却至室温，得到浆料；
[0013]所述有机物由糠醛树脂
、
丙烯酸树脂
、
乙醇
、
蔗糖和淀粉组成；所述溶剂由去离子水和醋酸乙酯组成；
[0014]S6
：于保护气氛下，将所述
MOF
多孔碳结构和浆料混合后进行高温煅烧，得到所述动力电池用硅碳负极材料
。
[0015]优选的，所述硝酸盐为所述硝酸盐为硝酸锌
、
硝酸钴或硝酸镉
。
[0016]优选的，所述步骤
S1
中，除杂的方法为甲醇清洗后
50
‑
70℃
烘干
。
[0017]优选的，所述步骤
S2
中，煅烧的温度为
950
‑
1050℃
，时间为4‑
6h。
[0018]优选的，所述步骤
S3
中，浸泡后进行离心脱水和烘干
。
[0019]优选的，所述步骤
S4
中，高能球磨采用硬质合金球
、
不锈钢球或钨球作为球磨介质
。
[0020]优选的，所述步骤
S4
中，分散采用超声分散机，时间为
100
‑
120min。
[0021]优选的，所述硅粉的粒径为
150
‑
190nm。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种动力电池用硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
：将2‑
甲基咪唑和硝酸盐溶解于甲醇后加入氨水，混合，除杂，得到
MOF
前驱体；
S2
：于保护气氛下，将所述粉体煅烧，得到
MOF
多孔碳结构；
S3
：将硅泥粗粉破碎，筛分后于酸液中浸泡，得到酸洗后的硅粉颗粒；
S4
：于保护气氛下，对所述酸洗后的硅粉颗粒进行高能球磨，分散，得到硅粉；
S5
：将石墨
、
有机物和溶剂混合，
350
‑
450℃
加热6‑
8h
后加入所述硅粉
600
‑
700℃
加热2‑
4h
，冷却至室温，得到浆料；所述有机物由糠醛树脂
、
丙烯酸树脂
、
乙醇
、
蔗糖和淀粉组成；所述溶剂由去离子水和醋酸乙酯组成；
S6
：于保护气氛下，将所述
MOF
多孔碳结构和浆料混合后进行高温煅烧，得到所述动力电池用硅碳负极材料
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述硝酸盐为硝酸锌
、
硝酸钴或硝酸镉
。3.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫扬，江晨语，沈桓羽，
申请(专利权)人：苏州城市学院，
类型：发明
国别省市：