一种硅制造技术

本发明专利技术提供了一种硅

【技术实现步骤摘要】
一种硅/石墨烯/碳纤维复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]锂离子电池是一种常见的充电式电池，广泛应用于便携式电子设备
、
电动汽车和储能系统等领域
。
它采用锂离子在正负极间的迁移来储存和释放电能
。
锂离子电池的负极材料通常采用石墨作为主要材料
。
石墨具有良好的电导性和稳定性，适合作为锂离子电池的负极材料
。
除了石墨之外，还有一些新兴的负极材料正在得到研究和应用，硅材料具有更高的比容量和更低的电压平台，可以嵌入更多锂离子，因此具有更高的能量密度
。
但硅在充放电过程中存在体积变化较大的问题，容易引起电极的膨胀和损坏
。
不同的材料的选择与电池性能和应用需求密切相关，不同材料的使用会影响电池的能量密度
、
循环寿命和安全性能等指标
。
随着锂离子电池在各领域的广泛运用，对锂离子电池的性能要求也随之提高，针对现有的锂离子电池负极材料的不足，亟待提出以一种新的锂离子电池负极材料以提高电池比容量和循环稳定性
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料及其制备方法，提高了充放电效率，同时增加了锂离子电池使用寿命/>。
[0004]为了实现本专利技术的目的，提供了以下技术方案：一种硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）根据质量比为
74
‑
77
：
34
‑
37
：1‑5的
Al、Si
和复合元素称取原料，在
700
‑
800℃
熔炼，继续加入精炼剂，搅拌均匀，得到合金熔体；将合金熔体进行凝固处理后，放入
2.5
‑
3mol/L
的稀盐酸溶液中搅拌
12
‑
15h
，然后洗涤
、
烘干后得到纳米硅粉；其中，所述复合元素选自
Sm、La、Ce、Sr、Fe、Sc
中的两种或多种；（2）将质量比为1：3‑4的纳米硅粉和改性剂加到水中，超声搅拌1‑
2h
，得到改性纳米硅粉分散液；所述改性剂为
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯
、
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配；（3）将石墨烯分散液缓慢滴加到改性纳米硅粉分散液中，
200
‑
500rpm
搅拌
20
‑
30min
，再进行离心
、
洗涤，冷冻干燥
20
‑
25h
，得到硅
/
石墨烯复合材料；（4）将质量比为1：6‑9的碳纤维与所述硅
/
石墨烯复合材料置于丙酮中，超声分散
20
‑
25min
，烘干，制得硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合材料
。
[0005]进一步地，所述步骤（1）中精炼剂由质量比1：
0.2
‑
0.4
：
0.04
‑
0.07
的
C2Cl6、Na2SiF6和十二烷基苯磺酸钠混合制成
。
[0006]十二烷基苯磺酸钠，
CAS
：
2386
‑
53
‑
0。
[0007]进一步地，所述复合元素为质量比
0.1
‑
0.4
：1：3‑7：
0.5
‑
0.9
的
Sm、La、Sr、Sc
复配
。
[0008]本专利技术制备的纳米硅材料，提高了纳米硅材料的能量密度，提升了常温下的首次
充放电性能
。
猜测是本专利技术制备的纳米硅材料粒径粒度更小
、
更均一，且纯度高，具有更高的比容量，可以嵌入更多锂离子，因此具有更高的能量密度，但硅在充放电过程中存在体积变化较大的问题，容易引起电极的膨胀和损坏
。
专利技术人发现当将掺入质量比
0.1
‑
0.4
：1：3‑7：
0.5
‑
0.9
的
Sm、La、Sr、Sc
复配复合元素以及添加质量比1：
0.2
‑
0.4
：
0.04
‑
0.07
的
C2Cl6、Na2SiF6和十二烷基苯磺酸钠混合制成的精炼剂，可以提升本专利技术的复合负极材料制备的锂离子电池的常温循环性能，但是电池的低温性能并不理想
。
[0009]进一步地，所述步骤（2）中改性剂为质量比1：1‑3：
0.1
‑
0.5
的
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯
、
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配
。
[0010]AEO
‑9，
CAS
：
68213
‑
23
‑0；硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯，
CAS
：
123
‑
94
‑4；
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯，
CAS
：
1668
‑
08
‑
2。
[0011]本专利技术通过添加
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯
、
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配的改性剂，对纳米硅粉改性，提高其与石墨烯的结合能力，改善了复合负极材料制备的锂离子电池的低温下的首次充放电性能，专利技术人意外发现当改性剂为质量比1：1‑3：
0.1
‑
0.5
的
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯
、
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配时，还可以提高负极材料的机械性能
。
[0012]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）根据
Al、Si
和复合元素质量比为
74
‑
77
：
34
‑
37
：1‑5称取原料，在
700
‑
800℃
熔炼，继续加入精炼剂，搅拌均匀，得到合金熔体；将合金熔体进行凝固处理后，放入
2.5
‑
3mol/L
的稀盐酸溶液中搅拌
12
‑
15h
，然后洗涤
、
烘干后得到纳米硅粉；其中，所述复合元素选自
Sm、La、Ce、Sr、Fe、Sc
中的两种或多种；（2）将质量比为1：3‑4的纳米硅粉和改性剂加到水中，超声搅拌1‑
2h
，得到改性纳米硅粉分散液；所述改性剂为
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯
、
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配；（3）将石墨烯分散液缓慢滴加到改性纳米硅粉分散液中，
200
‑
500rpm
搅拌
20
‑
30min
，再进行离心
、
洗涤，冷冻干燥
20
‑
25h
，得到硅
/
石墨烯复合材料；（4）将质量比为1：6‑9的碳纤维与所述硅
/
石墨烯复合材料置于丙酮中，超声分散
20
‑
25min
，烘干，制得硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合材料
。2.
根据权利要求1所述的硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中精炼剂由质量比1：
0.2
‑
0.4
：
0.04
‑
0.07
的
C2Cl6、Na2SiF6和十二烷基苯磺酸钠复配
。3.
根据权利要求1所述的硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中复合元素为质量比
0.1
‑
0.4
：1：3‑7：
0.5
‑
0.9
的
Sm、La、Sr、Sc
复配
。4.
根据权利要求1所述的硅
/
石墨烯
/
碳纤维复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中改性剂为质量比1：1‑3：
0.1
‑
0.5
的
AEO
‑
9、
硬脂酸
2,3
‑
二羟基丙酯和
γ
‑
L
‑
半乳糖酸内酯复配
...

【专利技术属性】
技术研发人员：成小娟，罗佳鹏，程欣，
申请(专利权)人：深圳特新界面科技有限公司，
类型：发明
国别省市：