[发明专利]一种锂离子电池纳米硅多孔碳复合负极材料

说明书

本发明公开了一种锂离子电池纳米硅多孔碳复合负极材料，包括如下步骤：步骤1，将乙基纤维素加入至无水乙醇中超声搅拌30‑50min，得到分散醇液；步骤2，将纳米硅材料和碳酸钠加入至分散醇液中超声10‑20min，得到分散悬浊液；步骤3，将聚乙烯醇缩丁醛加入至分散悬浊液中，搅拌至完全分散，得到混合液；步骤4，将混合液加入减压蒸馏反应釜中，减压蒸馏反应20‑30min，然后加入蒸馏水中搅拌均匀后再次减压蒸馏反应2‑3h，得到水溶液；步骤5，将水溶液超声反应1‑3h，然后趁热过滤20‑40min，得到沉淀物；步骤6，将沉淀物加入反应釜中碳化反应1‑3h，然后浸泡至盐酸溶液中，去除后烘干得到纳米硅多孔碳复合材料。本发明的制备方法简单易行，成本低廉，无污染性产物产生。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池纳米硅多孔碳复合负极材料。

背景技术

锂离子电池的优越性能使其在便携式电子设备、电动工具、交通工具、航空航天等方面都有广阔的应用前景。

目前商用的负极材料仍以石墨碳素类的碳材料为主，其最大理论比容量只有372mAh/g，制约了锂电池容量的进一步提高。硅具有储锂容量高、地球资源丰富等优点，有望成为下一代锂离子电池的负极材料，将其用作锂离子电池的负极能大幅提升电池的容量。硅的理论容量高达4200mAh/g，是碳素负极材料容量的10倍以上。但是，以往的研究表明，硅基电极在充放电循环过程中，即在锂离子嵌入、脱出电极的过程中，体积变化巨大(>300％)，导致材料结构的崩塌和电极的剥落、粉化、电导率的下降，进而导致电池容量锐减。同时，由于硅为半导体，本征电导率低，纯硅材料的高倍率充放电性能较差。

近年来，通过和碳材料复合提升硅基电极材料循环性能和倍率性能的方法受到广泛关注。多种特殊结构的硅碳复合材料表现出良好的循环稳定性和高倍率性能。但是，这些材料的制备方法往往具有一些缺点，例如制备工艺冗长、成本高、对环境有污染、难以大规模生产等。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种锂离子电池纳米硅多孔碳复合负极材料，制备方法简单易行，成本低廉，无污染性产物产生。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种锂离子电池纳米硅多孔碳复合负极材料，包括如下步骤：

步骤1，将乙基纤维素加入至无水乙醇中超声搅拌30-50min，得到分散醇液；

步骤2，将纳米硅材料和碳酸钠加入至分散醇液中超声10-20min，得到分散悬浊液；

步骤3，将聚乙烯醇缩丁醛加入至分散悬浊液中，搅拌至完全分散，得到混合液；

步骤4，将混合液加入减压蒸馏反应釜中，减压蒸馏反应20-30min，然后加入蒸馏水中搅拌均匀后再次减压蒸馏反应2-3h，得到水溶液；

步骤5，将水溶液超声反应1-3h，然后趁热过滤20-40min，得到沉淀物；

步骤6，将沉淀物加入反应釜中碳化反应1-3h，然后浸泡至盐酸溶液中，去除后烘干得到纳米硅多孔碳复合材料。

所述步骤1中的乙基纤维素在无水乙醇中的浓度为30-100g/L，所述超声搅拌的超声温度为40-50℃，频率为20-40kHz。

所述步骤2中的纳米硅材料的加入量是羟丙基纤维素质量的80-100％，所述碳酸钠的加入量是纳米硅材料质量的20-40％，所述超声的频率为30-70kHz，温度为40-60℃。

所述步骤3中的聚乙烯醇缩丁醛的加入量是乙基纤维素质量的20-30％，搅拌的转速为500-800r/min。

所述步骤4中的减压蒸馏反应的压力为大气压的80-90％，温度为75-80℃。