【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二次电池材料制备。更具体地，涉及包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料及其制备工艺。
技术介绍
1、具备高能量、高功率、高寿命和低成本的锂离子电池将在未来具有巨大的发展空间，然而，其中关键的电极材料是决定锂离子性能的关键因素。在各类锂离子电池的负极材料中，目前石墨占据了主要市场，但是石墨在锂离子电池中的理论容量只有372mah/g，已经无法满足现在市场对于高能量密度的需求。因此，理论容量更高的硅材料得到了广泛关注，倍认为是眼下最具备发展潜力的锂离子电池负极材料。
2、但是，硅在电池充电嵌锂时，容易和锂发生合金化反应，导致活性锂离子的损失；并且，硅本身电子导电性较差，使得产品内阻较大；再者，在循环过程中，硅负极具有巨大的体积变化，容易导致颗粒物理结构破碎，从而导致产品循环性能显著下降。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：对于锂离子电池用硅基负极材料，自身电子导电性较差，并且循环过程中颗粒容易破碎的弊端，提供一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料及其制备工艺。
2、本专利技术的目的是提供一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料制备工艺。
3、本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
4、一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，具体制备步骤包括：
5、硬碳包覆纳米硅的制备：
6、将纳米硅粉和溶剂混合分散后，再加入第一包覆剂，湿法球磨包覆，以得到球磨料；
7、再将所述球磨料于惰性气氛
8、硬碳包覆纳米硅与石墨的复合：
9、将天然石墨和硬碳包覆纳米硅混合倒入第二包覆剂中，包覆处理后，于惰性气氛中升温碳化，冷却，以获得复合硅碳负极材料。
10、进一步的，所述具体制备步骤还包括：
11、在所述硬碳包覆纳米硅与石墨的复合之前，先对所述天然石墨进行微波改性处理；
12、所述微波改性处理包括：
13、将天然石墨于惰性气体保护状态下，以850-950w功率进行微波处理30-40min，以得到预处理天然石墨。
14、进一步的，所述天然石墨选择球形天然石墨，所述球形天然石墨的d50为所述硬碳包覆纳米硅d50的30-50倍。
15、进一步的，所述硬碳包覆纳米硅的d50为100-150nm。
16、进一步的，所述第一包覆剂选自酚醛树脂、环氧树脂或脲醛树脂中的任意一种。
17、进一步的，所述第二包覆剂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯等聚合物、煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油中的任意一种。
18、进一步的，所述预处理天然石墨和所述硬碳包覆纳米硅在复合时，所述预处理天然石墨和所述硬碳包覆纳米硅的质量比为8：1-10：1。
19、进一步的，所述具体制备步骤还包括：
20、在所述硬碳包覆纳米硅的制备过程中，将纳米硅粉和溶剂混合分散后，再加入第一包覆剂，湿法球磨包覆，以得到球磨料；
21、再将所述球磨料于惰性气氛中升温碳化，冷却后，与质量分数为3-5％的氢氧化钠溶液混合，并以80-90khz频率超声刻蚀60-80s后，过滤，水洗，干燥，以得到碳包覆纳米硅。
22、进一步的，所述球磨料和所述氢氧化钠溶液的质量比为1：8-1：10。
23、通过调控刻蚀的溶剂浓度及刻蚀时间等参数条件，以使得在超声波作用下可以将包覆层孔道打通的同时，将硅表面在加工过程中形成的无嵌锂活性的氧化层去除。
24、本专利技术的另一目的是提供一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料。
25、本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
26、一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料，由上述制备工艺制备得到。
27、有益效果：
28、(1)本专利技术采用碳材料和纳米硅复合，首先，碳的存在能够缓冲纳米硅的体积膨胀，还能够抑制纳米硅在加工过程中的团聚，同时，导电性能好的碳材料还可以给纳米硅提供优异的导电网络；尤其是，当其作为包覆层包覆于纳米硅颗粒表面时，碳层能够显著降低复合材料的比表面积，减少颗粒表面的孔结构，有效组织纳米硅与电解液接触，减少副反应，提升产品库伦效率和循环寿命；
29、(2)另外，由于考虑到硅颗粒即使在包覆硬碳后，仍然可能发生一定的体积膨胀，通过进一步和天然石墨复合，并且在复合后通过碳化使得天然石墨和硬碳包覆的纳米硅颗粒形成稳定的过渡层，如此，不仅可以使得两者成为有机整体，便于锂离子的传输，同时，可以在硬碳包覆的纳米硅表面形成一层“呼吸层”，具体的，之所以选择天然石墨，是由于其自身结构中容易存在一定内界面，该内界面存在可被压缩的间隙，而硅颗粒的体积变化，可以利用这部分间隙进行缓冲，从而使得材料整体对于硅颗粒体积变换具备自身缓冲消化能力，从而有效减少颗粒和颗粒之间的外界面的显著变化而消耗活性锂，使得极片整体保持稳定；尤其是，通过进一步选择一定规格的球形天然石墨，其从鳞片石墨球化过程中，内部容易形成可用的内界面，即为上述所述的被压缩的间隙。
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1.一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，具体制备步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述具体制备步骤还包括：
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述天然石墨选择球形天然石墨，所述球形天然石墨的D50为所述硬碳包覆纳米硅D50的30-50倍。
4.根据权利要求3所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述硬碳包覆纳米硅的D50为100-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述第一包覆剂选自酚醛树脂、环氧树脂或脲醛树脂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述第二包覆剂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂、聚氯乙烯等聚合物、煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油中的任意一种。<...
【技术特征摘要】
1.一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，具体制备步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述具体制备步骤还包括：
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述天然石墨选择球形天然石墨，所述球形天然石墨的d50为所述硬碳包覆纳米硅d50的30-50倍。
4.根据权利要求3所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述硬碳包覆纳米硅的d50为100-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，所述第一包覆剂选自酚醛树脂、环氧树脂或脲醛树脂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种包覆纳米硅-石墨复合硅碳负极材料的制备工艺，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪俊，梁卓，陈思彦，田斯文，吕涛，
申请(专利权)人：深圳市德罗伏特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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