【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体来说涉及一种锂离子电池中空多孔硅基复合负极材料及制备方法。
技术介绍
0、技术背景
1、在过去的几年里，对电动汽车的需求不断增加，引发了高能量密度的锂离子电池的发展。为了进一步提高锂离子电池的能量密度，人们做出了许多努力来开发具有更高比容量的新电极材料。由于超高的理论容量(约4200mah g-1，约为商业石墨阳极的11倍)，低锂吸收电压和低极化容量。硅被认为是最有前途的阳极候选材料之一。但是，硅的产业化之路仍然存在一些问题。当硅与li+合金化成为li15si4相的时候，体积膨胀几乎达到360％。嵌锂和脱锂阶段中体积反反复复的膨胀与收缩造成了硅负极的粉体化，从而使硅和集流体之间的电接触变差导致容量的快速衰减。此外，硅负极的粉体化还会使新形成的硅表面不断与电解液反应，导致不稳定固体电解质膜的生成，不可逆-的消耗大量锂离子。此外，硅本身较低的离子和电子电导率也导致了硅负极较差的倍率性能。这些不利因素都为硅的产业化之路设置了障碍。
2、纳米尺度的硅在充放电过程中有着更高的稳定性，因此构造不同结构的纳米硅被认为是一种可以缓解硅体积效应的方法。其中，具有多孔中空结构的纳米硅由于拥有较大的缓冲空间，因此能够有效地释放出循环过程中体积变化所产生的应力。另外一个途径就是将硅和导电材料复合，从而提高材料的导电性，其中碳材料是锂离子电池中最为常用的导电添加剂或者包覆材料。近年来，人们使用一些含氮碳源对锂离子电池电极材料进行包覆。从而使包覆的碳呈现出氮掺杂的特性，与未掺杂氮的碳相比具有更好的电化学
技术实现思路
1、本专利技术是的目的在于是提供一种用于锂离子电池负极的多孔中空硅@碳-镍复合材料，解决了现有硅材料上生长石墨化碳往往所需温度太高，并且会形成sic副产物所导致的能量密度低、生产成本高和过程复杂等问题。基于本专利技术的复合材料组装的锂离子电池有着良好的循环稳定性和较高的容量，该复合材料制备工艺条件低，原料成本低，环境友好无污染。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
3、本专利技术第一方面提供了一种用于锂离子电池负极的多孔中空硅@碳-镍复合材料。所述复合材料为中空多孔核壳结构，内核为中空多孔硅纳米颗粒，外壳为镍纳米粒子修饰氮掺杂石墨化碳。
4、进一步的，所述材料比表面积为60～200m2g-1，孔径大小为1～40nm。
5、进一步的，所述材料含硅50～80％(重量)，石墨化碳5～20％(重量)，镍5～25％(重量)。
6、本专利技术第二方面提供了所述多孔中空硅@碳-镍复合材料的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)将模板剂单体、稳定剂和引发剂加入溶剂反应得到模板剂乳液；
8、(2)将模板剂乳液和造孔剂加入溶剂并制造碱性环境，搅拌后加入硅源反应，离心、洗涤、干燥，高温下煅烧去除模板剂，得到中空多孔二氧化硅。
9、(3)将中空多孔二氧化硅、镁粉和吸热剂研磨后在特殊氛围、高温下反应，将产物浸渍于盐酸去除副产物，离心、洗涤、干燥后得到中空多孔硅。
10、(4)将中空多孔硅分散于溶剂并制造碱性环境，加入碳源和镍盐，反应后离心、洗涤、干燥得到前驱体。
11、(5)将前驱体在ar/h2氛围、550℃～750℃下煅烧得到所述多孔中空硅@碳-镍复合材料。
12、优选地，步骤(2)中所述硅源为硅酸四丁酯、正硅酸四异丙酯、硅酸四乙酯中的一种。煅烧温度为200～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min。。
13、优选地，步骤(3)中所述煅烧温度为400～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min，气氛为氩气、氢气、氮气、氖气中一种或多种。
14、优选地，步骤(4)碳源包括葡萄糖、聚多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖。镍盐包括氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、碳酸镍、钒酸镍、钴酸镍。
15、优选地，步骤(5)所述煅烧温度为400～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min，气氛为氩气、氮气、氖气中一种或多种。
16、本专利技术的优点在于：
17、多孔和中空的特殊结构，可以更好的承受体积变化所产生的应力，提高了复合物的结构稳定性。其次金属镍纳米颗粒和来源于聚多巴胺的氮掺杂碳共同构成的导电网络进一步提高了复合物的导电性。此外，金属镍的存在能够在聚合物碳化的过程中起到催化剂的作用，进一步提升了碳的石墨化程度，有利于电子和锂离子的扩散。所述复合材料用于锂离子电池负极性能优异，性能优异，在循环200圈之后容量保持率为90％，并且展现了1630mah g-1的高容量。该复合材料制备工艺条件低，原料成本低，环境友好无污染。
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1.一种用于锂离子电池负极的多孔中空硅@碳-镍复合材料。其特征在于：所述复合材料为中空多孔核壳结构，内核为中空多孔硅纳米颗粒，外壳为镍纳米粒子修饰氮掺杂石墨化碳。
2.根据权利要求1所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料，其特征在于所述材料比表面积为60～200m2g-1，孔径大小为1～40nm。
3.根据权利要求1所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料，其特征在于，所述材料含硅50～80％(重量)，石墨化碳5～20％(重量)，镍5～25％(重量)。
4.权利要求1～3任一项所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅源包括硅酸四丁酯、正硅酸四异丙酯、硅酸四乙酯。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述煅烧温度为200～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中所述煅烧温度为400～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min，
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中碳源包括葡萄糖、聚多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中镍盐包括氯化镍、硝酸镍、硫酸镍、碳酸镍、钒酸镍、钴酸镍。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述煅烧温度为400～800℃，时间为1～8h，升温速率为2～20℃/min，气氛为氩气、氮气、氖气中一种或多种。
11.权利要求1～4任一项所述的微米硅碳复合材料在制备电池中的应用，其特征在于，所述微米硅碳复合材料用于制备锂离子电池负极。
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池负极的多孔中空硅@碳-镍复合材料。其特征在于：所述复合材料为中空多孔核壳结构，内核为中空多孔硅纳米颗粒，外壳为镍纳米粒子修饰氮掺杂石墨化碳。
2.根据权利要求1所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料，其特征在于所述材料比表面积为60～200m2g-1，孔径大小为1～40nm。
3.根据权利要求1所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料，其特征在于，所述材料含硅50～80％(重量)，石墨化碳5～20％(重量)，镍5～25％(重量)。
4.权利要求1～3任一项所述的多孔中空硅@碳-镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中硅源包括硅酸四丁酯、正硅酸四异丙酯、硅酸四乙酯。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述煅烧温度为200～800℃，时间为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴雨桐，刘祥，汪舟鹭，张翼，岳相安，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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