一种锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料的制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池负极材料制备的技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料的制备方法。

背景技术：

锂离子电池作为绿色高能电池，是便携式电子设备及电动汽车的理想电源，探索比能量高、安全性好以及廉价易得的新材料是目前锂离子电池研究领域的核心内容，新型负极材料的研究对新一代锂离子电池的研制具有重要意义。

目前商业化的锂离子电池负极材料主要采用石墨，然而石墨的理论比容量仅为372mah/g，无法满足新一代高容量锂离子电池的发展需求。硅具有最高的理论储锂容量(4200mah/g)和较低的脱锂电压平台(～0.4v)，是最有潜力取代石墨的新型锂离子电池负极材料之一。然而，硅在充放电过程中表现出巨大的体积变化，易导致材料颗粒的粉化和电极内部导电网络的破坏，限制了它的商业化应用。此外，硅的本征电导率很低，仅有6.7×10^-4scm^-1，不利于进行大电流充放电。而碳类材料嵌脱锂的体积效应小，电导率高，将硅和碳复合起来可以有效缓冲硅的体积效应，减小电化学极化，提高充放电循环稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有锂离子电池硅基负极材料及其制备方法的不足之处，提供一种比容量高、循环寿命长、反应动力学性能好的锂离子电池硅基复合负极材料及其制备方法。

本发明提出的一种硅/石墨/碳复合结构负极材料，该负极材料由碳基体、均匀分布在碳基体上的纳米硅及纳米硅表面的不定型碳包覆层组成。

所述的不定碳源为蔗糖、葡萄糖和柠檬酸中的一种。

所述的溶剂为无水乙醇或者去离子水中的一种或者两种。

所述的石墨为鳞片石墨、球形石墨中的一种。

所述的所述的水浴锅温度为60-80℃。

所述的保护气体为ar或者n2中的一种。

所述的热解温度为600-900℃。

所述的保温时间为1-5h。

所述的升温速率为1-10℃/min。

本发明提供的制备方法的优点还在于：在碳基载体上可以可控的分散纳米硅及无定型碳包覆层。而且本发明提供的工艺简单，重复性好，所需仪器设备都是化学和材料工业常用的设备。本发明制备出的产品纯度高，几何结构可控，物质稳定。本发明提供的硅/石墨/碳复合材料，可以作为锂离子电池的负极材料。

本发明的有益效果是：使用简易方法制备锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料，石墨及无定型碳高热稳定性和低造价特点与硅材料高容量的特点相结合，且改善了硅的体积效应，提高其电化学稳定性。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行详细说明。

图1(a)是实施例1中复合材料的首次充放电曲线，图1(b)是实施例1中复合材料的循环性能图；

图2(a)是实施例2中复合材料的首次充放电曲线，图2(b)是实施例2中复合材料的循环性能图。

具体实施方法：

以下结合具体实施例对本发明做进一步的阐述；实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1：

先将葡萄糖溶于一定的去离子水中，形成葡萄糖溶液，然后称取一定比例的鳞片石墨和纳米硅加入到上述溶液中，其中m(硅)：m(鳞片石墨)：m(葡萄糖)＝1:5:1。然后将上述混合液放在恒温水浴锅中80℃搅拌至去离子水完全挥发，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体置于通有n2保护的管式炉中，在600℃的温度下热解1.5h，升温速率为7℃/min，得到硅/石墨/碳复合负极材料。

实施例2：

先将蔗糖溶于一定的去离子水中，形成蔗糖溶液，然后称取一定比例的球形石墨和纳米硅加入到上述溶液中，其中m(硅)：m(球形石墨)：m(蔗糖)＝1:6:1。然后将上述混合液放在恒温水浴锅中60℃搅拌至去离子水完全挥发，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体置于通有ar保护的管式炉中，在700℃的温度下热解3h，升温速率为10℃/min，得到硅/石墨/碳复合负极材料。

实施例3：

先将柠檬酸溶于一定的去离子水中，形成柠檬酸溶液，然后称取一定比例的鳞片石墨和纳米硅加入到上述溶液中，其中m(硅)：m(鳞片石墨)：m(柠檬酸)＝1:8:1。然后将上述混合液放在恒温水浴锅中60℃搅拌至去离子水完全挥发，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体置于通有ar保护的管式炉中，在750℃的温度下热解4h，升温速率为5℃/min，得到硅/石墨/碳复合负极材料。

实施例4：

先将葡萄糖溶于一定的去离子水中，形成葡萄糖溶液，然后称取一定比例的球形石墨和纳米硅加入到上述溶液中，其中m(硅)：m(球形石墨)：m(葡萄糖)＝1:6:1。然后将上述混合液放在恒温水浴锅中70℃搅拌至去离子水完全挥发，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体置于通有ar保护的管式炉中，在650℃的温度下热解3h，升温速率为5℃/min，得到硅/石墨/碳复合负极材料。

实施例5：

先将柠檬酸溶于一定的去离子水中，形成柠檬酸溶液，然后称取一定比例的球形石墨和纳米硅加入到上述溶液中，其中m(硅)：m(球形石墨)：m(柠檬酸)＝1:4:1。然后将上述混合液放在恒温水浴锅中80℃搅拌至去离子水完全挥发，得到复合材料前驱体；将复合材料前驱体置于通有ar保护的管式炉中，在800℃的温度下热解2h，升温速率为3℃/min，得到硅/石墨/碳复合负极材料。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料的制备方法，属于锂离子电池领域。该负极材料由碳基体、均匀分布在碳基体上的纳米硅及纳米硅表面的不定型碳包覆层组成。其特征在于：首先将纳米硅、碳基体和不定碳源通过液相复合法混合制备成复合材料前驱体；再将复合材料前驱体通过高温热解之后得到最终的硅/石墨/碳复合负极材料。所得硅/石墨/碳复合负极材料在充放电过程中，硅电极材料的体积变化得到有效控制，电极结构保持完整，循环容量大，循环寿命长，电化学性能优异。可望在电动等方面具有潜在的应用前景。

技术研发人员：刘云建;万华丰;吕军
受保护的技术使用者：江苏津谊新能源科技有限公司
技术研发日：2017.09.28
技术公布日：2019.04.05