一种锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池作为一种新型的、实用的能源载体，已经成为人们日常生活中的必需品。由于其高能量密度、高倍率性能、长循环寿命和低自放电率，它已经被广泛应用于智能设备、便携式设备和一些电动汽车中，锂离子电池的需求逐渐增大。石墨的理论比容量只有372ma·h/g，硅(si)负极的理论容量高达3572–4200ma·h/g，是石墨材料的10倍以上，在地壳中，它也是第二丰富的含量。

2、目前硅基负极材料的主要改性方法有将硅颗粒尺寸减小到纳米化、硅碳复合、硅和金属复合等主要方法。cui等人制造了具有石榴状结构的si/c复合材料，在1000次循环后具有97％的容量保持率，具有很高的循环稳定性。xu等人通过分级缓冲结构和优化尺寸分布成功的合成了“西瓜”状si/c微球颗粒，极大解决了si/c负极在高压制密度下的体积变化和颗粒断裂的问题，所制备的si/c阳极在500次循环中具有620ma·h/g的高可逆容量，其优越的初始库仑效率(89.2％)和平均库仑效率(99.8％)也归因于优异的结构设计，复合材料因此具有良好的循环稳定性。

3、然而硅基负极材料又存在许多缺点，硅颗粒在脱、嵌锂过程中带来的巨大的体积膨胀和收缩会导致的硅颗粒破碎粉化及电极结构破坏，sei膜不断破坏重组，持续消耗电解液和可逆锂源，导致电极容量衰减加速，充放电效率降低。

技术实现思路

1、本发明采用化学法对石墨尾料进行氧化插层和提纯，制备了微膨石墨。再将纳米硅粉、微膨石墨和沥青通过简单的液相法进行混合，使沥青在热解的过程中对硅和微膨石墨进行复合和形成碳包覆，制备了硅/微膨石墨/碳复合材料。

2、本发明锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法按照以下步骤进行：

3、一、微膨石墨的制备

4、将1～2g石墨尾料加入到2～3g浓硫酸和1～3g去离子水中，置于60～61℃的水浴锅中搅拌2～4h，待反应1～2h后加入3～4g过氧化氢。充分反应完后用去离子水和乙醇抽滤、水洗至中性，然后在加入1～2g盐酸，并在60～62℃的水浴锅中反应2～5h，水洗至中性，80～86℃下干燥12～14h。将干燥完的样品放入瓷舟中，在800～900℃管式炉中碳化3～3.5h，制得微膨石墨；

5、所述沥青为70#石油沥青或90#石油沥青；

6、所述浓硫酸的的浓度为98wt.％；

7、所述过氧化氢的浓度为30wt.％；

8、所述盐酸的浓度为36wt.％；

9、二、硅/微膨石墨/碳复合材料的制备

10、将0.2～0.5g硅粉和0.1～0.15g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；然后，将1～2g微膨石墨和1～2.5g沥青分别加入到悬浮液中，超声分散均匀；随后在80～85℃水浴锅中搅拌蒸发并收集固体，干燥8～9h，最后在800～900℃的管式炉中碳化3～4h，研磨过200～300目筛，即完成。

11、本发明利用氧化还原法制备的微膨石墨的固定碳含量由石墨尾料的92.8％提升到了97.1％；制备的复合材料的首次充放电容量随着沥青添加量的增多逐渐降低。具有较高的比容量和优异的循环稳定性，在高倍率下又具有不错的倍率性能。循环首次充电比容量达到了489.6ma·h/g，在循环120圈后比容量还保持了369.2ma·h/g，容量保持率为75.4％。

技术特征：

1.一种锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤一中将2g石墨尾料加入到3g浓硫酸和1～3g去离子水中，置于60～61℃的水浴锅中搅拌2～4h，待反应1～2h后加入3～4g过氧化氢；充分反应完后用去离子水和乙醇抽滤、水洗至中性，然后在加入1～2g盐酸，并在60～62℃的水浴锅中反应2～5h，水洗至中性，在80～86℃下干燥12～14h；将干燥完的样品放入瓷舟中，在800～900℃管式炉中碳化3～3.5h，制得微膨石墨。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤一中将1～2g石墨尾料加入到2～3g浓硫酸和1～3g去离子水中，置于60℃的水浴锅中搅拌2～4h，待反应1～2h后加入3～4g过氧化氢；充分反应完后用去离子水和乙醇抽滤、水洗至中性，然后在加入1～2g盐酸，并在62℃的水浴锅中反应2～5h，水洗至中性，在80～86℃下干燥12～14h；将干燥完的样品放入瓷舟中，在800～900℃管式炉中碳化3～3.5h，制得微膨石墨。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤一中将1～2g石墨尾料加入到2～3g浓硫酸和1～3g去离子水中，置于60～61℃的水浴锅中搅拌2～4h，待反应1～2h后加入3～4g过氧化氢；充分反应完后用去离子水和乙醇抽滤、水洗至中性，然后在加入1～2g盐酸，并在60～62℃的水浴锅中反应2～5h，水洗至中性，在80～86℃下干燥12～14h；将干燥完的样品放入瓷舟中，在900℃管式炉中碳化3.5h，制得微膨石墨。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤二中将0.2硅粉和0.15g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；

7.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤二中将0.5g硅粉和0.1g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；

8.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤二中将0.5g硅粉和0.1g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；

9.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤二中将0.5g硅粉和0.1g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；

10.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，其特征在于：步骤二中将0.5g硅粉和0.1g聚乙烯吡咯烷酮在乙醇中超声分散，形成均匀分散的悬浮液；

技术总结
一种锂离子电池硅碳负极材料的液相制备方法，涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。本发明采用化学法对石墨尾料进行氧化插层和提纯，制备了微膨石墨。再将纳米硅粉、微膨石墨和沥青通过简单的液相法进行混合，使沥青在热解的过程中对硅和微膨石墨进行复合和形成碳包覆，制备了硅/微膨石墨/碳复合材料。具有较高的比容量和优异的循环稳定性，在高倍率下又具有不错的倍率性能。循环首次充电比容量达到了489.6mA·h/g，在循环120圈后比容量还保持了369.2mA·h/g，容量保持率为75.4％。

技术研发人员：周扬,周国江,刘光,王娇
受保护的技术使用者：黑龙江科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12