[发明专利]一种硅碳负极材料的制备工艺

说明书

本发明提出了一种硅碳负极材料的制备工艺，其制得的负极材料用于锂离子电池具有更高的能量密度和循环利用次数。该工艺包括如下顺序步骤：将直径200nm的氧化硅颗粒与铝粉进行均匀混合得到混合物A；将得到的混合物A放入管式炉中，在氩气的保护下，720°C焙烧5小时，得到产物B；用浓度1%的盐酸清除产物B中没有反应的铝，得到产物C；利用铪溶液清除产物C中没有反应的氧化硅，得到具有3D蜂巢状多孔框架结构的硅材料D；将多孔硅材料D和石墨按照摩尔比1:9的比例进行融合，使得多孔硅材料D的表面包覆一层石墨，得到硅碳负极材料。本发明的硅碳负极材料的制备工艺能够有效提高电池的能量密度，具有很好的实用性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制作技术领域，特别是指一种硅碳负极材料的制备工艺。

背景技术

负极材料是锂离子电池的重要组成部分，它直接影响着电池的能量密度、循环寿命和安全性能等关键指标。随着新能源汽车在实际应用过程中对续航里程要求的不断提高，动力电池相关材料也向着提供高能密度的方向发展，传统锂离子电池的石墨负极材料已经无法满足现有市场的需求，高能量密度的负极材料已经成为企业和各类科研院所追逐的新焦点。硅基负极材料由于有丰富的储能和超高的理论比容量正在逐渐成为电池企业和锂电材料行业改善负极的优先选择，也是目前最具有潜力的新型锂离子电池负极材料之一。

发明内容

本发明提出一种硅碳负极材料的制备工艺，其制得的负极材料具有更高的能量密度和循环利用次数。

本发明的技术方案是这样实现的：硅碳负极材料的制备工艺，包括如下顺序步骤

S1.将直径200nm的氧化硅颗粒与铝粉进行均匀混合得到混合物A；

S2.采用铝热还原反应，将得到的混合物A放入管式炉中，在氩气的保护下，720℃焙烧5小时，得到产物B；

铝热还原反应如下：

S3.用浓度1％的盐酸清除产物B中没有反应的铝，得到产物C；

化学反应如下：Al+HCl→Al Cl₃+H₂↑

S4.利用铪溶液清除产物C中没有反应的氧化硅，得到具有3D蜂巢状多孔框架的硅材料D作为石墨颗粒的载体；

S5.将所述多孔硅材料D和石墨按照摩尔比1:9的比例进行融合，石墨颗粒按照5微米、9微米两种粒径等比例加入，使得多孔硅材料D的表面包覆一层石墨，得到硅碳负极材料。

作为一种优选的实施方式，所述步骤S3中

S31.将产物B在浓度1％的盐酸中持续搅拌6-8小时，清除没有反应的铝，得到产物C。

作为一种优选的实施方式，所述步骤S4中

S41.将产物C在铪溶液中反应10-12小时，清除没有反应的氧化硅，得到具有3D蜂巢状多孔框架的硅材料D。

作为一种优选的实施方式，所述步骤S5中

S51.利用机械融合法在所述多孔硅材料D的表面包覆一层石墨。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：铝热还原反应制备3D蜂巢状多孔硅材料的比表面积提高60％以上，而且铝是常规金属材料，成本低，易于大批量生产。3D蜂巢多孔状均匀排列的结构极大提高了石墨颗粒填入的数量，蜂巢多孔相连的结构可以吸收锂离子在脱嵌过程中产生的热量，从而减少了充放电过程中硅的膨胀比例，降低了电池的热膨胀和起鼓现象，提高了充放电次数和效率，显著提高锂电池的循环性能，试验数据表明，在首次充放电时的效率为92％，经过10次充放电循环后效率达到99％，经过800次的试验后库仑效率有91％，1500次后库仑效率仍然有82％。