[发明专利]一种锂电池用的碳硅纳米复合材料的制备方法

说明书

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池用的碳硅纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将纳米碳材料和纳米硅材料加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声得到混合悬浊液；步骤2，将混合悬浊液进行减压蒸馏反应30‑60min，然后加入冠醚恒温搅拌8‑12h，常温静置析出沉淀，得到混合沉淀物；步骤3，将混合沉淀物恒温球磨30‑60min，然后恒温恒压反应3‑6h，得到碳硅固体块；步骤4，将碳硅固体块加入至反应釜中碳化反应4‑7h，冷却后得到碳硅纳米复合材料。本发明解决了现有碳硅复合材料比容量低的问题，通过物理法形成碳硅包覆固体块，并且通过热处理得到碳纳米材料和部分粘结剂转化的碳共价连接，形成致密性包覆效果，有效的提升比容量。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池用的碳硅纳米复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着全球逐渐减少的不可再生能源和越来越严重的环境问题，绿色无污染的新型高能化学电源已成为世界各国竞相开发的热点。锂离子电池由于具有高能量、长寿命、低消耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，广泛应用于光电、信息、交通、国防军事等领域。随着小型化电子设备的不断发展和对高能量电子设备的需求日益增长，人们对小型化电子设备的要求不断提高，对储能设备也相应提出了新的要求。开发高容量、长寿命、稳定、安全、低成本的新型锂离子电池已经成为了国内外研究的热点之一。

锂离子电池主要由正极、负极和电解质溶液等组成，负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。然而，目前商业化的负极材料主要为石墨类碳材料，而国内外对天然石墨的改性研究已较为完善，已接近其理论极限容量372mAh/g，而且嵌锂电位过于接近金属锂电位,在较高速率充电时有安全隐患,因此开发新型负极材料成为提高锂离子电池性能的关键。

硅材料由于具有很高的嵌锂容量而受到人们的极大关注。但是硅材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化，从而容易造成电极材料结构的粉化从而导致循环性能下降。碳类材料在充放电过程中体积变化小，具有良好的循环稳定性，而且其本身是离子与电子的混合导体，因此常被选作高容量负极材料的分散载体。为了利用硅材料的高容量同时防止它的粉化，人们开始对硅炭复合材料进行研究。

中国文献《碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究》(电源技术1002-087X(2007)01-0034-04)提出采用喷雾干燥法制备了核壳结构的碳包覆Si/C复合材料。该复合材料的最大放电比容量为512mAh/g，容量较低，不利于用作高容量的锂离子电池。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种锂电池用的碳硅纳米复合材料的制备方法，解决了现有碳硅复合材料比容量低的问题，通过物理法形成碳硅包覆固体块，并且通过热处理得到碳纳米材料和部分粘结剂转化的碳共价连接，形成致密性包覆效果，有效的提升比容量。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种锂电池用的碳硅纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将纳米碳材料和纳米硅材料加入至无水乙醇中，然后加入乙基纤维素，超声得到混合悬浊液；

步骤2，将混合悬浊液进行减压蒸馏反应30-60min，然后加入冠醚恒温搅拌8-12h，常温静置析出沉淀，得到混合沉淀物；

步骤3，将混合沉淀物恒温球磨30-60min，然后恒温恒压反应3-6h，得到碳硅固体块；

步骤4，将碳硅固体块加入至反应釜中碳化反应4-7h，冷却后得到碳硅纳米复合材料。

所述步骤1中的纳米碳材料采用碳纳米纤维、碳纳米管、一维卡宾中的一种或几种。

所述步骤1中的纳米碳材料与纳米硅材料的质量比为0.2-0.8，所述纳米硅材料在无水乙醇中的质量浓度为20-50g/L。