[发明专利]交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料及其制备方法。材料由比表面积为20‑100m²/g的表面包覆交联有碳元素的介孔硅颗粒组成，其中，介孔硅颗粒的粒径为0.2‑5μm，其上的介孔的孔径为2‑50nm，介孔硅颗粒与碳元素间的重量比为100：1‑30；方法为先将破碎了的铝硅合金置于球磨机中进行液相球磨，再将得到的铝硅合金粉末和酸溶液混合搅拌后，将得到的介孔硅颗粒、阳离子表面活性剂和有机碳源溶液混合搅拌后干燥，得到中间产物，之后，将中间产物置于还原性气氛中煅烧，制得目的产物。它具有更高的可逆比容量、充放电循环稳定性和倍率性能，以及极高的储锂循环性能，极易于广泛地商业化用作锂离子电池的负极材料。

技术领域

本发明涉及一种硅碳电极材料及制备方法，尤其是一种交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料及其制备方法。

背景技术

随着传统化石能源的不断消耗，以及无节制地使用化石能源所带来的环境问题不断加剧，发展健康可持续的新能源已经逐步成为人类的共识。近年来，各种新能源如太阳能、风能、潮汐能、地热能等可再生清洁能源得到了快速的发展，在日常生活中的使用比重也在逐步提高。然而，由于清洁能源存在着供应不稳定性以及不连续性的问题，给大规模的推广使用带来了极大的限制。因而，将这类清洁不稳定的能源先存储再合理输出成为了首选的应对之策，由此研发大容量，可充、放电的化学电源体系成为了人们关注的热点。

在诸多的二次电池中，锂离子电池因具有长寿命、较高的能量密度、重量轻、体积小、使用安全、绿色环保等优点而备受关注，得到了广泛的应用。目前，作为锂离子电池负极主流材料的石墨，因其较低的容量(理论比容量372mAh/g，实际可逆比容量为330mAh/g)已很难满足储能设备和动力大电池高能量密度的要求；为此，人们为获得具有高比容量和高功率密度的负极材料，做出了不懈的努力，如中国发明专利CN 105226285 B于2017年10月17日公告的一种多孔硅碳复合材料及其制备方法。该发明专利中提及的多孔硅碳复合材料由多孔硅颗粒上覆有碳元素组成，其比表面积为10-500cm²/g，多孔硅颗粒的粒径为5-500nm；制备方法为先依次去除硅合金中的活泼金属和氧化硅，再将获得的多孔硅与聚合物混合并进行球磨后煅烧，得到产物。这种产物虽有着较高的可逆比容量和充放电循环稳定性，却和其制备方法都存在着不足之处，首先，产物的比表面积过低，不仅制约了储锂循环性能，也限制了导电性；其次，产物中的多孔硅颗粒与其上覆有的碳元素间的连接不是交联连接，除了影响充放电的速率之外，还对产物结构的稳定性和持久性不利；再次，制备方法不能获得具有更高可逆比容量和充放电循环稳定性的产物。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有更高的可逆比容量和充放电循环稳定性以及倍率性能的交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料由多孔硅颗粒上覆有碳元素组成，特别是：

所述多孔硅颗粒为介孔硅颗粒，所述介孔硅颗粒的粒径为0.2-5μm，其上的介孔的孔径为2-50nm；

所述介孔硅颗粒与碳元素间的重量比为100：1-30，所述重量比为100：1-30的介孔硅颗粒的表面包覆交联有碳元素；

所述表面包覆交联有碳元素的介孔硅颗粒的比表面积为20-100m²/g。

作为交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料的进一步改进：

优选地，介孔硅颗粒与碳元素间的重量比为100：4-20。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为，上述交联碳包覆介孔硅颗粒的电极材料的制备方法包括球磨法，特别是完成步骤如下：