本发明专利技术公开了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将硅粉在含氧气氛下灼烧，得到二氧化硅包覆硅的复合材料；（2）将二氧化硅包覆硅的复合材料与碳水化合物混合，通过水热法在二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳前驱体；再在惰性气氛中加热碳化，得到在二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳的复合材料；（3）用过量的氢氟酸腐蚀二氧化硅，得到硅碳复合材料。该硅碳复合材料具有电化学可逆嵌脱锂性能，极大地缓解活性颗粒在充放电过程中的粉化脱落现象，同时具备硅类材料的高储锂容量特性和碳类材料的高循环稳定性，由该硅碳复合材料制得的电池具有更好的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池制造
，具体涉及一种高比容量硅碳复合材料及其制备方法及使用该硅碳复合材料制备的锂离子电池。
技术介绍
目前商品化的锂离子电池负极采用石墨化碳，如中间相碳微球MCMB和CMS材料，这类材料嵌脱锂过程中体积膨胀基本在9%以下，表现出较高的库仑效率和优良的循环稳定性能。但石墨的理论嵌锂容量为372mAh/g,实际使用已达到370mAh/g,因此,石墨电极本身较低的理论储锂容量使其很难再取得突破性进展，研究人员一直在探索一种新型高比容量的电极材料来替代石墨化碳材料。近十几年，各种新型的高容量和高倍率负极材料被开发出来，其可逆储锂容量远远高于石墨类负极，其中硅基材料由于其高的质量比容量(硅的理论比容量为4200mAh/g)，嵌脱锂电位低、价格低廉等优点而成为研究热点。虽然娃材料相对于其它电极材料具有更高的比容量(4200mAh/g)，是一种有潜力的锂离子电池负极材料，但是这种材料作为负极材料时，在嵌脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀与收缩，从而导致电极上的电活性物质粉化脱落，最终导致材料的比容量衰减。为了克服硅基负极材料的比容量衰减，常用的方法有两种:方法一是将纳米硅颗粒均匀地分散到其他活性或非活性材料基体中(如S1-C、S1-TiN等)，如中国专利CN02112180.X公开了锂离子电池负极用高比容量的硅碳复合材料及制备方法；方法二是在硅基负极材料中预置孔隙，如垂直生长在不锈钢基底上的娃纳米 线(Chan, C.K.; Peng, H.L.; Liu, G.; McIlwrath, Κ.; Zhang, X.F.; Huggins, R.A.;Cui，Y.，High-performance lithium batteryanodes using silicon nanowires.Nature Nanotechnology2008，3 (I)，31-35.)、空心纳米娃球(Chen，D.;Mei，X.;Ji，G.; Lu,M.; Xiej J.; Lu, J.;Lee, J.Y., Reversible Lithium-1on Storage in Silver-TreatedNanoscale Hollow Porous Silicon Particles.Angewandte Chemie InternationalEdition 2012，51 (10)，2409-2413.)及多孔硅(Kim，Η.;Han，Β.;Choo，J.;Cho，J.，Three-Dimensional Porous Silicon Particles for Use in High-Performance LithiumSecondary Batteries.Angewandte Chemie International Edition2008，47(52)，10151-10154.)。上述两种方法非常有效地克服了硅基负极材料的比容量衰减问题，但由于上述方法釆用了非常复杂的合成工艺，费时费力，难以规模化生产。因此，开发一种原料易得、工艺简单、且能有效抑制硅的体积效应的制备工艺，是制备高容量硅基负极材料领域要解决的难题之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅碳复合材料及其制备方法以及由该硅碳复合材料制备的锂离子电池。该制备工艺简单，所制备的硅碳复合材料能够有效抑制硅负极的体积膨胀，相应的锂离子电池比容量大、循环性能好。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤:( I)将硅粉在含氧气氛下灼烧，得到二氧化硅包覆硅的复合材料；(2)将所述二氧化硅包覆硅的复合材料与碳水化合物混合，通过水热法在所述二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳前驱体；再在惰性气氛中加热碳化，得到在二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳的复合材料；(3)用过量的氢氟酸腐蚀所述二氧化硅，得到硅碳复合材料。优选的是,所述步骤(I)中的所述娃粉的粒径为0.03 μ πΓθ.5 μ m。优选的是，所述步骤(I)中的所述二氧化硅包覆硅的复合材料中二氧化硅含量为409^80%。优选的是，所述步骤(I)中的灼烧温度为300°C飞00°C，灼烧时间为I小时 12小时。更优选的是，所述步骤(I)中的灼烧温度为400°C飞00°C，灼烧时间为2.5小时飞小时。优选的是，所述步骤(2)中水热法中，在进行水热反应前，先将所述二氧化硅包覆硅的复合材料与所述碳水化合物超声分散5分钟 100分钟。优选的是，所述步骤(2)中的所述碳水化合物为蔗糖、乳糖、葡萄糖、果糖、淀粉、纤维素中的一种或几种。优选的是，所述步骤(2)中的所述碳水化合物与所述步骤(I)中的所述硅粉的质量比为(I: 10) (10: 10)。更优选的是，所述步骤(2)中的所述碳水化合物与所述步骤(I)中的所述硅粉的质量比为(I: 10) (5: 10)。优选的是，所述步骤(2)中水热法中的所述二氧化硅包覆硅的复合材料与所述碳水化合物水热反应的加热温度为120°C 240°C，加热时间为2小时 24小时。更优选的是，所述步骤(2)中水热法中的所述二氧化硅包覆硅的复合材料与所述碳水化合物水热反应的加热温度为150°C 220°C，加热时间为2小时 24小时。优选的是，所述步骤(2)中在惰性气氛中加热碳化的温度为400°C 1200°C，加热碳化的时间为0.1小时 12小时。更优选的是，所述步骤(2)中在惰性气氛中加热碳化的温度为700°C 1000°C，力口热碳化的时间为I小时 6小时。优选的是，所述步骤(3)中所述氢氟酸的浓度为2wt°/T40wt%。更优选的是，所述步骤(3)中的所述氢氟酸的浓度为5wt°/T20wt%。优选的是，所述步骤(3)中的所述氢氟酸中的氟化氢与所述步骤(I)中的所述二氧化硅的摩尔比为(4: I) (10: 1)，所述氢氟酸腐蚀所述二氧化硅的时间为0.5小时 100小时。更优选的是，所述步 骤(3)中的所述氢氟酸中的氟化氢与所述步骤(I)中的所述二氧化硅的摩尔比为(5: 1Γ(7: 1)，所述氢氟酸腐蚀所述二氧化硅的时间为6小时 24小时。本专利技术还提供一种硅碳复合材料，其是由上述所述的方法制备的。本专利技术还提供一种锂离子电池，其负极含有上述材料，即使用上述硅碳复合材料制备锂离子电池的负极，再组装成锂离子电池。本专利技术的有益效果:该硅碳复合材料，一方面利用材料孔隙间可以容纳硅纳米颗粒嵌锂过程中的体积膨胀，极大地缓解活性颗粒在充放电过程中的粉化脱落现象，从而获得长寿命的负极材料；另一方面材料表面的多孔碳球增加了材料整体结构的稳定性和导电性。该工艺原料易得，该制备工艺简单、易实现，该硅碳复合材料具有电化学可逆嵌脱锂性能，充放电特征具备载体碳材料和硅类材料各自的充放电特征以及复合特征，同时具备硅类材料的高储锂容量特性和碳类材料的高循环稳定性，由该硅碳复合材料制得的电池具有更好的循环性能。在改进锂离子电池的比容量和循环性能方面具有显著进步，按本专利技术所制作的电池，首次放电比容量达到了 1269 2571mAh/g，100次循环后仍然保持在516 1023mAh/g。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备硅碳复合材料过程中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硅粉在含氧气氛下灼烧，得到二氧化硅包覆硅的复合材料；（2）将所述二氧化硅包覆硅的复合材料与碳水化合物混合，通过水热法在所述二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳前驱体；再在惰性气氛中加热碳化，得到在二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳的复合材料；（3）用过量的氢氟酸腐蚀所述二氧化硅，得到硅碳复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将硅粉在含氧气氛下灼烧，得到二氧化硅包覆硅的复合材料； (2)将所述二氧化硅包覆硅的复合材料与碳水化合物混合，通过水热法在所述二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳前驱体；再在惰性气氛中加热碳化，得到在二氧化硅包覆硅的复合材料外包覆碳的复合材料； (3)用过量的氢氟酸腐蚀所述二氧化硅，得到硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的所述硅粉的粒径为0.03 μ πΓθ.5 μ m。3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的灼烧温度为400°C飞00°C，灼烧时间为2.5小时飞小时。4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中的所述二氧化硅包覆硅的复合材料中二氧化硅含量为40°/Γ80%。5.根据权利要求1所述的硅碳复...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾绍忠，赵志刚，陈效华，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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