[发明专利]一种硅炭复合材料的制备方法及储能应用

说明书

本发明公开了一种硅炭复合材料的制备方法，其具体步骤为：将微、纳米尺度硅粉分散于有机溶剂中，依次加入表面活性剂和无机非金属模板剂、高分子聚合物，搅拌溶解直至得到均匀浆料。将混合浆料进行纺丝、涂布刮膜或直接蒸发干燥，在200～400摄氏度下进行预反应1～36小时。将得到的复合物在有机溶剂中浸泡除去模板剂，干燥后在惰性气氛下600～1500摄氏度反应1～48小时。该发明所制备硅炭复合材料作为锂电池负极具有比容量高、循环性能优良等特点。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料技术领域，特别是涉及一种锂电池用硅炭复合负极材料的制备方法。

背景技术

近年来，化石能源的过度消耗及由此引发的环境污染问题引起了世界各国的广泛关注。清洁能源的研究和开发促进了储能材料及器件的发展。与超级电容器相比，锂离子电池具有较高的能量密度。但目前已商业化的锂离子电池中大多以石墨做负极，在充放电循环过程中易形成稳定的固体电解质界面膜及石墨片层的体积膨胀和收缩现象容易导致严重的安全问题。另一方面，石墨理论放电比容量为372mAh/g，不能满足当前快速发展的新能源汽车对长续航动力电池的需求。

作为锂离子电池负极材料，硅的理论比容量可高达4200mAh/g，因而在高能量密度动力电池的研究开放方面有很好的发展潜力。应该看到，硅负极在实际应用中仍存在很大的缺陷，在充放电过程中由于锂离子在结构中的脱嵌会导致巨大的体积收缩和膨胀现象，有报道称可高达300％，因而在硅负极内部产生的很大内应力导致结构破坏以至于粉化从集流体上脱落，极大地降低了电极的导电性和循环稳定性。大多数研究人员采用纳米尺度硅粉(小于100纳米)或者多孔硅与碳材料复合制备纳米结构硅炭复合材料，通常工艺较复杂且产品的储能性能仍然较低。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明采用以下技术方案制备纳米结构硅炭复合负极材料。

本发明所采用的技术方案是：

1)将100质量份微、纳米尺度硅粉分散于有机溶剂中，依次加入1～50质量份表面活性剂和1～100质量份无机非金属单质模板剂并搅拌溶解。加入20～2000质量份高分子聚合物，搅拌溶解直至得到均匀浆料。

2)将上述步骤得到的混合均匀浆料进行纺丝、涂布刮膜或直接蒸发干燥。

3)将上述步骤得到的复合材料在200～400摄氏度进行预反应1～36小时。

4)将上述步骤得到的复合材料在有机溶剂中浸泡以除去模板剂。

5)将上述步骤得到的复合材料干燥后在惰性气氛下600～1500摄氏度反应1～48小时。

上述步骤所用有机溶剂为醇类、醚类、酯类、芳香烃类、脂肪烃类、酮类、卤化烃类、酰胺类有机溶剂，及四氢呋喃、二硫化碳、松香水、汽油、柴油中的一种或几种；所用表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或几种；所用无机非金属单质为硫、碘中的一种或两种；所用聚合物为沥青、聚酰胺树脂、聚丙烯腈、聚砜树脂、环氧树脂、聚氨酯、聚乙烯醇、多糖、聚酯、聚烯烃、纤维素中的一种或几种。

附图说明

图1为实施例1膜产物的平面扫描电镜图。

图2为实施例1膜产物的断面扫描电镜图。

图3为实施例2产物的扫描电镜图。

图4为实施例3膜产物的扫描电镜图。

图5为实施例4产物的扫描电镜图。

图6为实施例4产物的X射线衍射图谱。

图7为实施例1产物的充放电循环性能图。

图8为实施例3产物的充放电循环性能图。