[发明专利]多孔硅碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种多孔硅碳复合材料及其制备方法，制备方法包括以下过程：用水溶解有机碳源和水溶性造孔剂，得溶液；将硅粉分散于所述溶液中，得混合液；干燥所述混合液，得第一固体；加热所述第一固体，使所述有机碳源碳化，得第二固体；用水洗涤所述第二固体，去除所述水溶性造孔剂，得到所述多孔硅碳复合材料。本发明的造孔剂可以被重复使用，大大节约了生产成本，整个工艺过程中未使用强腐蚀性、危险的化学品，无废液产生，操作简单，生产成本低，安全性高，产品性能优越，具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，更具体地，涉及一种多孔硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池已经在智能手机、智能手环、数码相机和笔记本电脑等消费电子领域中获得了广泛地应用，具有最大的消费需求。同时，它在纯电动、混合电动和增程式电动汽车领域正在逐渐推广，市场份额的增长趋势最大。另外，锂离子电池在电网调峰、家庭配电和通讯基站等大型储能领域中也有较好的发展趋势。

目前，商业上普遍采用的锂电池的负极材料是石墨。为了加快发展下一代锂离子动力电池，行业提出了动力电池单体能量密度中期达到300W·h/kg，远期达到400W·h/kg的目标。针对这一要求，对于负极材料而言，石墨的实际容量已接近其理论极限，需要开发具有更高能量密度且兼顾其它指标的新材料。其中，硅碳负极能够将碳材料的导电性和硅材料的高容量结合在一起，被认为是下一代锂离子电池负极材料。目前，能够生产硅碳负极材料的厂家非常少，而且因为其工艺成本高，导致下游产品的价格过高，无法得到市场的认可。

硅碳材料的制备方法之一为使用造孔剂增加负载碳层的多孔结构。在现有的制备方法中，造孔剂通常是能够与洗剂发生化学反应的物质，或者发生化学反应产生气体的物质，反应后多孔剂从负载碳层脱除，通过气体溢出形成孔洞，从而使负载碳层形成多孔结构，该制备方法中的造孔剂是一次性消耗品，与洗剂发生化学反应后很难回收重复使用，不仅提高了生产成本，也增加了废液处理难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种多孔硅碳复合材料及其制备方法，利用造孔剂的溶解性，仅用水洗涤，使造孔剂脱除形成孔洞，脱除的造孔剂并未发生化学反应，仅以水溶液的形式存在，也未被其它溶剂污染，因此，可以重复使用，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多孔硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

用水溶解有机碳源和水溶性造孔剂，得溶液；

将硅粉分散于所述溶液中，得混合液；

干燥所述混合液，得第一固体；

加热所述第一固体，使所述有机碳源碳化，得第二固体；

用水洗涤所述第二固体，去除所述水溶性造孔剂，得到所述多孔硅碳复合材料。

优选地，所述水溶性造孔剂为碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁中的至少一种。

优选地，所述有机碳源为葡萄糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮和羧甲基纤维素中的至少一种。

优选地，所述硅粉、所述有机碳源和所述造孔剂的质量比为1:0.1～10:0.05～5。

优选地，所述硅粉、所述有机碳源和所述造孔剂的质量比为1:2.5:0.25。

优选地，所述有机碳源在所述溶液中的浓度为0.01g/mL～0.80g/mL；所述水溶性造孔剂在所述溶液中的浓度为0.001g/mL～0.20g/mL。

优选地，采用超声分散技术将所述硅粉分散于所述溶液中。

优选地，加热所述第一固体的具体过程为：在保护气氛中，于700℃～1000℃的温度下，加热0.5h～10h。