一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：S1：稱取一定質量的納微米級硅粉，加入酸中進行酸洗，室溫下攪拌5分鐘，得到產物1；S2：將產物1和有機改性劑按照一定比例混合，常溫下對混合物進行磁力攪拌，攪拌后離心洗滌多次，得到產物2；S3：將產物2、有機碳源、無機鋰源和摻雜元素前驅體等分別溶于溶劑中，混合后在一定溫度下攪拌一段時間，得到產物3；S4：將產物3加入有機溶劑中，恒溫反應一段時間后，抽濾洗滌，進行干燥后高溫煅燒得到最終產物；通過采用這種步驟，實現了納微米硅粉的碳包覆、金屬/非金屬摻雜、預鋰化等，得到了具備高首效、高倍率的硅碳負極材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鋰離子電池，具體涉及一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法。

技術介紹

1、鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、安全性好等優勢，已廣泛應用于便攜式電子產品、電動汽車、儲能領域，隨著科技的進步，對高能量密度鋰離子電池的需求逐漸迫切。目前，商用鋰電負極材料為石墨，其理論容量為372mah/g，限制了鋰電池能量密度的提升，硅作為負極材料，具有超高的理論容量（4200?mah/g）和合適的嵌脫鋰平臺，且安全性較好，是最具潛力的下一代鋰電負極替代材料。然而，硅材料在充放電過程中巨大的體積膨脹（300%）和電子導電性較差的半導體性質制約了其在電化學儲能領域規模化應用。充放電過程硅巨大的體積膨脹造成顆粒結構的破壞，導致電極失效，并且sei?膜破碎及重復生成，導致電解液不斷消耗、致使容量衰減。將硅粒度降低至納米級可有效縮短鋰離子傳輸距離，且可釋放體積膨脹應力，與碳等材料復合能進一步提升硅負極的循環穩定性和導電性。制備穩定型硅碳負極的關鍵是硅碳的均勻復合和其間的強結合。硅表面的原位碳生長可實現硅表面生成完全、均勻的包覆層，使硅在碳材料內均勻分散，相比于物理混合能增大硅與碳的接觸面積。表面碳可為雜原子摻雜提供結合位點，金屬/非金屬的摻雜可進一步增強復合材料的導電性。為更好發揮硅負極高比容量的優勢，開發合適的方法來減少硅負極在首次循環中的不可逆容量損失極為重要。

2、因此，現如今急需提供一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，以此來解決上述問題。

技術實現思路

1、本專利技術的目的是克服現有技術的不足和缺陷，提供一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，實現了納微米硅粉的碳包覆、金屬/非金屬摻雜、預鋰化等，得到了具備高首效、高倍率的硅碳負極材料。

2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：

3、一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：稱取一定質量的納微米級硅粉，加入酸中進行酸洗，室溫下攪拌5分鐘，得到產物1；

5、s2：將產物1和有機改性劑按照一定比例混合，常溫下對混合物進行磁力攪拌，攪拌后離心洗滌多次，得到產物2；

6、s3：將產物2、有機碳源、無機鋰源和摻雜元素前驅體等分別溶于溶劑中，混合后在一定溫度下攪拌一段時間，得到產物3；

7、s4：將產物3加入有機溶劑中，恒溫反應一段時間后，抽濾洗滌，進行干燥后高溫煅燒得到最終產物。

8、可選地，所述s1中納微米級硅粒徑d50為0.5μm~1μm，純度大于99.9%，所述s1中酸洗試劑為過氧化氫、硫酸、鹽酸中的任意一種或多種組合，酸洗試劑的濃度為5%～7%，所述納微米級硅粉與酸洗試劑的固液比為1：20~1：100。

9、可選地，所述s2中的有機改性劑為鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種組合，將產物1與有機改性劑混合后溶入去離子水中，其中產物1、有機改性劑和去離子水的比例為?0.5g?:?2ml?:?100ml，磁力攪拌1-6h。

10、可選地，所述s3中有機碳源為尿素、聚丙烯酸、甲醛、葡萄糖、單寧酸、羧甲基纖維素、戊二醛聚乙烯醇、多巴胺中的任意兩種及以上的組合；無機鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、碳酸氫鋰中的任意一種或多種組合；摻雜元素前驅體為六水硝酸鋅、六水氯化鈷、乙二胺中的任意一種或多種組合；所述s3中的產物2、有機碳源、無機鋰源和摻雜元素前驅體的質量比為6：2：1：1~7：2：0.5：0.5；所述s3中的反應溫度為30-100℃。

11、可選地，所述s3中溶劑為甲醛、乙醛、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或多種組合，所述s4中煅燒溫度為700-900℃。

12、與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：

13、本專利技術中，稱取一定質量的納微米級硅粉，加入酸中進行酸洗，提高硅粉的化學性質，室溫下攪拌5分鐘；加入一定量的改性劑，常溫下進行磁力攪拌，離心洗滌多次；將有機碳源。無機鋰源、摻雜元素前驅體等分別溶于溶劑中，從而使得納微米硅能夠被有機碳源、無機鋰源及摻雜元素前驅體包覆；將產物加入有機溶劑中，恒溫反應一段時間，抽濾洗滌后干燥煅燒得到最終產物；實現了納微米硅粉的碳包覆、金屬/非金屬摻雜、預鋰化等，得到了具備高首效、高倍率的硅碳負極材料。

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【技術保護點】

1.一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述S1中納微米級硅粒徑D50為0.5μm~1μm，純度大于99.9%，所述S1中酸洗試劑為過氧化氫、硫酸、鹽酸中的任意一種或多種組合，酸洗試劑的濃度為5%～7%，所述納微米級硅粉與酸洗試劑的固液比為1：20~1：100。

3.根據權利要求2所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述S2中的有機改性劑為鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種組合，將產物1與有機改性劑混合后溶入去離子水中，其中產物1、有機改性劑和去離子水的比例為?0.5g?:?2mL?:?100mL，磁力攪拌1-6h。

4.根據權利要求3所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中有機碳源為尿素、聚丙烯酸、甲醛、葡萄糖、單寧酸、羧甲基纖維素、戊二醛聚乙烯醇、多巴胺中的任意兩種及以上的組合；無機鋰源為氫氧化鋰、碳酸鋰、碳酸氫鋰中的任意一種或多種組合；摻雜元素前驅體為六水硝酸鋅、六水氯化鈷、乙二胺中的任意一種或多種組合；所述S3中的產物2、有機碳源、無機鋰源和摻雜元素前驅體的質量比為6：2：1：1~7：2：0.5：0.5；所述S3中的反應溫度為30-100℃。

5.根據權利要求2所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述S3中溶劑為甲醛、乙醛、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或多種組合，所述S4中煅燒溫度為700-900℃。

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【技術特征摘要】

1.一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述s1中納微米級硅粒徑d50為0.5μm~1μm，純度大于99.9%，所述s1中酸洗試劑為過氧化氫、硫酸、鹽酸中的任意一種或多種組合，酸洗試劑的濃度為5%～7%，所述納微米級硅粉與酸洗試劑的固液比為1：20~1：100。

3.根據權利要求2所述的一種高首效高倍率鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述s2中的有機改性劑為鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、十六烷基三甲基溴化銨中的一種或兩種組合，將產物1與有機改性劑混合后溶入去離子水中，其中產物1、有機改性劑和去離子水的比例為?0.5g?:?2ml?:?100ml，磁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉俊昊，公旭中，劉建風，
申請(專利權)人：深圳光風新能源科技創新中心有限公司，
類型：發明
國別省市：