一种多核型核壳结构硅碳复合负极材料及制备方法。包括：1.高弥散多核型多孔球的制备；2.高分散沥青悬浊液的制备；3.多核型核壳结构硅碳复合负极材料的制备：将步骤1中制得的多孔球加入步骤2中制得的高分散沥青悬浊液中，超声分散，再在强搅拌条件下加热蒸干溶剂，所得粉末颗粒转入保护性气氛中，先在低温段恒温使得沥青液体进入多孔球内部，加强硅源与导电炭网的粘结强度，并对硅源进行二次包覆及弥补步骤1中的包覆缺陷，提高硅的容量发挥率，再经高温热处理可得。本发明专利技术简单易行，实用化程度高，制备的硅碳复合材料具有可逆容量大、容量可设计、循环性能和大电流放电能力好、振实密度高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料及其制备方法领域，涉及一种锂离子电池复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池以其比能量大、工作电压高、自放电率小、体积小、重量轻等优势广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。目前商业化的锂离子电池负极材料主要为石墨，但因其理论容量仅为372mAh.g_\大倍率充放电能力较低，低温性能差等原因，已不能满足锂离子电池应用领域对高能量密度电源的需求。因此，开发新型高比容量的锂离子电池负极材料极为迫切。作为锂离子充电电池的负极材料,娃一直备受关注。娃的理论容量为3579mAh/g,是已商业化的石墨的约10倍。由于具有低的嵌锂电位，低原子重量，高能量密度和在L1-Si合金中的高Li摩尔分数，较其它金属及材料有更高的稳定性而备受瞩目，另外，硅价格较便宜，而且环境友好，因此是新一代负极材料的有力候补。由于硅材料在锂离子嵌入、脱嵌循环过程中要经历严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极循环性能的衰退，限制了其商业化应用。为了解决这些问题，目前主要通过将硅颗粒纳米化，硅与其它金属合金化，硅与惰性或活性基质复合是改善Si基负极材料循环性能的三种主要途径。其中硅/碳复合负极材料受到了最广泛关注，也是最有可能实现商业化的材料。这是因为碳负极材料本身在充放电过程中的体积变化较小(< 10%),电子导电性很好，且与硅的化学性质相近，将硅与碳复合不但能提高材料的电子导电性，而且由碳基质形成的“缓冲骨架”还能补偿硅颗粒的体积膨胀，维持纳米硅的结构稳定性，从而使材料的循环性能明显改善。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可逆容量大、容量可设计、循环性能和大电流放电能力好、振实密度高的锂离子电池的多核型核壳结构硅碳复合负极材料及其制备方法。一种多核型核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，以硅源与炭负极材料为核弥散于有机热解碳骨架中，形成多核型多孔性的球形或类球形包覆颗粒，浙青均匀的粘附于所述颗粒的表面及孔内部，并对所述的颗粒外表面二次包覆形成复合负极材料。所述的复合负极材料中硅源的质量含量为5飞0.%，有机热解碳、浙青和炭负极材料总质量含量为40 95.%。所述的炭负极材料为0.05飞μ m石墨、中间相碳微球、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种；所述硅源为0.03 2μπι硅粉或氧化硅粉中的至少一种；所述氧化硅粉为Si0x，0<X < 2 ;有机热解碳包括酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚偏氟乙烯、过氯乙烯、聚乙烯醇、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种；所述的浙青为煤浙青或石油浙青。所述的复合负极材料粒径为1.5 50 μ m。高弥散多核型核壳结构硅碳复合负极材料制备方法，包括如下步骤:(I)、高弥散多核型多孔球的制备:将有机碳源溶于溶剂中，将有机热解碳溶于适量溶剂中，加入硅源、一种或多种炭负极材料和分散剂，通过球磨、搅拌或超声分散均匀，通过喷雾干燥法制得复合材料材料前驱体，所得前驱体转入保护性气氛中烧结可得到高弥散多核型碳硅复合材料多孔球。(2)、浙青悬浊液的制备:将浙青进行预破碎，预破碎后的物料置于球磨罐内，按球料比为8 30:1加入不锈钢球，加入乙醇，以12(T500rpm球磨磨l 30h，将球磨所得浆料配成乙醇或水的悬浊液，超声分散3(Tl20min，可得到高分散浙青悬浊液，固含量I 20g/100mL。(3)、多核型核壳结构硅碳复合负极材料的制备:将步骤(I)中制得的高弥散多核型多孔球加入到步骤(2)中制得的高分散浙青悬浊液中，超声分散0.5飞h，再在强搅拌条件下加热蒸干溶剂，所得粉末颗粒转入保护性气氛中热处理可得到高弥散多核型碳硅复合材料。该热处理为分为两段，首先在低温段10(T30(TC使得浙青熔融为液体并被吸收进入多孔球内部，加强硅源与导电炭网的 粘结强度，并对硅源进行二次包覆及弥补步骤(I)中的一些包覆缺陷，从而提高硅的容量发挥率，再经进一步高温段50(Ti00(rc热处理，使得浙青热解为浙青热解碳并最终烧结成形，得到高弥散多核型碳硅复合材料。所述的步骤(I)烧结温度为:在40(Tii0(rc下。本专利技术优选烧结保温时间为0.5 20h。所述的步骤(3)两段式热处理优选的方式为，低温段恒温温度为10(T30(TC，优选保温时间0.5 20h，高温段恒温温度为50(Tl00(TC，优选保温时间0.5 20h。 所述的保护性气体为:氩气或氮气。所述的炭负极材料为0.05、μ m石墨、中间相碳微球、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种；所述硅源为0.03 2μπι硅粉或氧化硅粉中的至少一种；所述氧化硅粉为Si0x，0<x<2 ;有机碳源包括酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚偏氟乙烯、过氯乙烯、聚乙烯醇、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种。所述步骤(I)分散方式为球墨、搅拌或超声中的至少一种，分散时间为0.5 5h。所述的步骤(I)中制得的高弥散多核型多孔球的粒径大小为1.5 50μπι;所述的步骤(2)中浙青为煤浙青或石油浙青，所述的浙青球磨后粒径为0.5^20 μ m0 ;所述的步骤(3)中制得高弥散多核型碳硅复合材料粒径亦为1.5^50 μ m0所述的喷雾干燥的温度为12(T300°C。烧结之后，所述的步骤(3)中多核型核壳结构硅碳复合负极材料中硅源质量含量5 60wt.%,有机热解碳、浙青和炭负极材料的总质量含量为40 95wt.% ；所述的碳源为炭负极材料、有机聚合物热解碳及浙青热解碳；所述硅源为0.03^2 μ m硅粉或氧化硅粉中的至少一种，所述氧化硅粉为SiOx, O < x < 2。所述步骤(I)中使用的溶剂为四氢呋喃、丙酮、无水乙醇、去离子水中的至少一种。溶剂中还加入分散剂(0.5^10wt.%为占硅源和炭负极材料质量含量)，所述分散剂为聚乙二醇、丙二醇、聚醋酸乙烯脂、N-N 二甲基乙酰胺、聚甲基丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸中的至少一种。所述的分散方法为球磨、机械搅拌、磁力搅拌或者超声分散中的至少一种。本专利技术的优点在于:本专利技术提出的一种多核型核壳结构的锂离子电池硅碳复合负极材料，步骤(I)烧结过程中，硅源与炭负极材料均匀弥散于有机热解炭网中形成一种多孔性的球形或类球形颗粒，其中热解炭和炭负极材料形成材料的炭网。步骤(3)烧结过程中，在10(T30(TC条件下，浙青变成流动性良好的液体，由于多孔性球的吸附性，这种浙青液体会均匀附在颗粒表面及多孔球的内部，由于浙青具有很好的粘结性，将大大的增强硅源与炭网结合强度，另夕卜，浙青液体会均匀的附在硅源的表面，在进一步热处理过程中，形成炭包覆层，从而弥补步骤(I)烧结过程中炭包覆的缺口。这种使用浙青的方式有着三个主要的优点，一是加强硅源与炭网的粘结强度，使硅在充放电过程中不易从炭网中脱落，从而保证Si发挥容量；二是浙青可对硅颗粒进行二次包覆及弥补步骤(I)烧结过程中炭包覆的缺口，提高硅的容量发挥率从而材料的比容量；三是浙青这种使用方式不但不会破坏步骤(I)中形成的“缓冲骨架”结构，还能加强材料的强度、韧性和结构稳定性，解决硅导电性差问题及缓冲充放电过程中的缩胀效应，使得硅碳复合材料循环稳定性和大电流放电能力也得到显著提高，同时本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多核型核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，以硅源与炭负极材料为核弥散于有机热解碳骨架中，形成多核型多孔性的球形或类球形包覆颗粒，沥青热解碳均匀地填充并粘结于所述颗粒的孔内部，并对所述的颗粒外表面二次包覆形成复合负极材料。
【技术特征摘要】
1.一种多核型核壳结构硅碳复合负极材料，其特征在于，以硅源与炭负极材料为核弥散于有机热解碳骨架中，形成多核型多孔性的球形或类球形包覆颗粒，浙青热解碳均匀地填充并粘结于所述颗粒的孔内部，并对所述的颗粒外表面二次包覆形成复合负极材料。2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述的复合负极材料中硅源的质量含量为5 60%，有机热解碳、浙青热解碳和炭负极材料总质量含量为4(Γ95%。3.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述的炭负极材料为0.05飞μ m石墨、中间相碳微球、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种；所述硅源为0.03 2μπι硅粉或氧化硅粉中的至少一种；所述氧化硅粉为SiOx, O < X < 2 ;有机热解碳包括酚醛树脂、脲醛树月旨、三聚氰胺-甲醛树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚偏氟乙烯、过氯乙烯、聚乙烯醇、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸中的一种或多种；所述的浙青为煤浙青或石油浙青。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述的复合负极材料粒径为1.5 50 μ m05.一种多核型核壳结构硅碳复合负极 材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)多核型多孔性的球形或类球形包覆颗粒的制备:将有机热解碳溶于溶剂中，加入硅源、一种或 多种炭负极材料和分散剂分散均匀，通过喷雾干燥制得复合材料前驱体，所得前驱体转入保护性气氛中，经烧结得到所述包覆颗粒； (2)浙青悬浊液的制备:将浙青进行预破碎后，加入乙醇球磨，球磨所得浆料配成乙醇或水的悬浊液，超声分散后，得到浙青悬浊液，固含量为f20g/100mL ； (3)多核型核壳结构娃碳复合负极材料的制备:将步骤(I)中制得的包覆颗粒加入步骤(2)中制得的浙青悬浊液中，超声分散，再在强搅拌条件下加热蒸干溶剂，得到浙青均匀粘附在多孔颗粒的孔内部及表面的粉末，所得粉末颗粒转入保护性气氛中经热处理得到多核型核壳结构硅碳复合负极材料；所述的热处理分为两...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭华军，黄思林，李新海，王志兴，苏明如，甘雷，胡启阳，彭文杰，张云河，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。