一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法与流程

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法。
背景技术：
：随着动力电池汽车和大型固定储能装置对高能量密度锂离子电池要求的提高。由于高的重量容量和体积容量（3578mah/g和2194mah/g，li15si4），以及相对低的放电电位（0.4vvsli/li+），硅材料有望成为下一代高能量密度锂离子电池的负极材料。然而，硅负极有个严重的问题，即在反复充放电循环中容量保持率差。硅负极差的循环性能是由于在充放电过程中硅活性材料体积膨胀收缩过大导致材料出现裂纹和粉碎。技术实现要素：有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，其具有良好的长循环性能。为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，包括有以下步骤：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积90-110nm厚度的硅薄膜；（2）将硅薄膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构；（3）将硅片粉、沥青加入含有0.5-5wt%水溶性分散剂的去离子水中进行搅拌分散，得到浆料；（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至600-1500℃，高温碳化10-30h后得到硅碳负极材料。作为一种优选方案，所述沥青粒径为≤50µm。作为一种优选方案，所述水溶性分散剂为丙烯酸类、马来酸酐类中的一种或多种。作为一种优选方案，所述高温碳化采用的气氛为氮气、氩气、氮气氢气混合气、氩气氢气混合气中的一种。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：通过利用硅材料高的嵌锂容量，使得制备得到的负极材料用于制备半电池时具有较大的放电容量和较高的首次充放电效率，以及利用无定型碳将微米片状硅粉紧密的结合，使硅微米片分散并且减少其与电解质接触面，提高了硅碳负极材料的稳定性以及电池性能，并且500次循环容量保持率有效提高。附图说明图1是本发明之实施例1的硅碳负极材料的sem图。具体实施方式本发明揭示了一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，包括有以下步骤：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积90-110nm厚度的硅薄膜。（2）将硅薄膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构。（3）将硅片粉、沥青加入含有0.5-5wt%水溶性分散剂的去离子水中进行搅拌分散，得到浆料。所述沥青粒径为≤50µm，所述水溶性分散剂为丙烯酸类、马来酸酐类中的一种或多种。（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至600-1500℃，高温碳化10-30h后得到硅碳负极材料。所述高温碳化采用的气氛为氮气、氩气、氮气氢气混合气、氩气氢气混合气中的一种。下面以多个实施例对本发明作进一步详细说明：实施例1：一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，其步骤包括：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积100nm厚度的硅薄膜。（2）将硅薄膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构。（3）将3wt%硅片粉、3wt%沥青、1wt%聚丙烯酰胺在去离子水中进行搅拌分散，得到浆料。（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至1500℃，高温碳化12h后得到硅碳负极材料。实施例2：一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，其步骤包括：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积90nm厚度的硅薄膜。（2）将硅薄膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构。（3）将7wt%硅片粉、0.7wt%沥青、3wt%聚丙烯酰胺在去离子水中进行搅拌分散，得到浆料。（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至1300℃，高温碳化10h后得到硅碳负极材料。实施例3：一种基于微米硅片制备硅碳负极材料的方法，其步骤包括：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积110nm厚度的硅薄膜。（2）将硅膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构。（3）将4wt%硅片粉、2wt%沥青、2wt%聚丙烯酰胺在去离子水中进行搅拌分散，得到浆料。（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至600℃，高温碳化30h后得到硅碳负极材料。对比例1：与实施例1的区别是：未添加水溶性分散剂。一种制备锂离子硅碳负极材料的方法，其步骤包括：（1）采用电子束蒸发法制备了硅片粉，在聚合物涂覆的金属片上沉积100nm厚度的硅薄膜。（2）将硅薄膜从金属片上剥离，粉碎成横向尺寸为3-5mm的微片状硅片粉，并通过x射线衍射和拉曼光谱证实硅片粉的非晶结构。（3）将3wt%硅片粉、3wt%沥青在去离子水中进行搅拌分散，得到浆料。（4）将浆料进行喷雾干燥，将干燥后的固体升温至1500℃，高温碳化12h后得到硅碳负极材料。性能表征：采用半电池测试方法对实施例以及对比例中的负极材料进行放电容量以及首次充放电效率的测试，结果列于表1。半电池测试方法为：采用上述负极材料，同时模拟电池装配在充氮气的手套箱中进行，电解液为1mlipf6+ec+dec+dmc=1:1:1（体积比），金属锂片为对电极，电化学性能测试在蓝电测试柜上进行，充放电电压范围为0.05至5.0v，充放电速率为0.1c。表1放电容量（mah/g）首次充放电效率（%）500次循环容量保持率（%）实施例117979597实施例215429496实施例316239296对比例115088384从表1可以看出，实施例1-3的负极极片制备的半电池具有较大的放电容量和较高的首次充放电效率，这主要是由于硅材料高的嵌锂容量。并且500次循环容量保持率较对比例高，主要是由于无定型碳将微米片状硅粉紧密的结合，使硅微米片分散并且减少其与电解质接触面，提高了硅基负极材料的稳定性以及电池性能。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12