[发明专利]硅碳负极材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 202010007396.8 申请日: 2020-01-04
公开(公告)号: CN113078297B 公开(公告)日: 2022-07-22
发明(设计)人: 邱彦星;张海林;计结胜;王卡 申请(专利权)人: 恒大新能源技术(深圳)有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司: 深圳中一联合知识产权代理有限公司 44414 代理人: 黄志云
地址: 518000 广东省深圳市坪山区坑*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 负极 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

本发明属于电池技术领域,具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。本发明硅碳负极材料的制备方法是将硅藻土与有机酸溶液进行混合处理,得到前驱体材料;前驱体材料与还原剂混合反应,得到硅氧前驱体;将硅氧前驱体材料与碳纳米管分散于有机溶剂中,经煅烧,得到硅碳负极材料;其中,还原剂为抗坏血酸和/或抗坏血酸盐。本发明采用价格低廉的硅藻土作为原料,通过还原剂还原、碳纳米管包覆得到硅碳负极材料,具有原料来源广泛、成本低、反应条件温和、过程易于控制的优点,所得硅碳负极材料的孔隙率高、比表面积大,具有比容量高、循环性能和安全性能好的优势,应用前景良好。

技术领域

本发明属于电池技术领域,具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新一代的二次电池,具有能量密度高、循环使用寿命长、自放电率低以及无记忆效应等优点。锂离子电池所用负极材料主要以石墨类材料为主,但是其比容量偏低(理论比容量只有372mAh/g),无法满足目前高能量密度存储设备的应用要求。而硅材料被认为是最具潜力的具有高存储容量的负极材料之一,是有可能替代石墨的新一代负极材料,其理论比容量值达到4200mAh/g及其低嵌脱锂电压平台等优点。然而,硅作为锂离子电池的负极材料在充放电过程中,硅负极材料伴随着巨大的体积变化(300%),从而使硅材料在电极片上发生破碎、粉化,电极涂层脱落等现象,最终造成容量快速衰减,严重地阻碍了其在锂离子电池中的实际应用。同时,由于硅是半导体材料,导电性能较差(6.7×10-4Scm-1),导致硅材料的倍率性能较差。因此,为解决硅材料的膨胀和导电性差等缺点需要进行材料包覆改性。

申请号为201711350301.7的发明专利公开了一种硅碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池,其主要通过固相法制备硅碳负极材料,其材料为核壳结构,所述内核为多孔硅,所述外壳为碳纳米管/石墨烯/无定型碳复合体,采用固相法具有一致性差,成本高,能耗高等缺点,造成其硅碳材料成本居高不下。申请号为201810489255.7的发明专利公开了一种以硅藻土为原料的分级多孔硅碳复合结构及其制备方法,在硅藻土原料中加入镁粉,利用镁热反应的放热温度,通过控制温度和时间,酸先中间产物后得到多孔硅材料,最后与碳材料复合得到分级多孔硅碳复合材料,所述材料具有比表面积大,循环性能好等优点,然而镁热反应会引入不同成分的杂质,降低材料比容量,且具有反应温度难以控制,产品一致性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅碳负极材料的制备方法,旨在解决现有硅材料包覆改性时存在的成本高、比容量低、反应过程难以控制等技术问题。

本发明的另一目的是提供一种硅碳负极材料。

本发明还有一个目的是提供一种锂离子电池。

为了实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:

一种硅碳负极材料的制备方法,包括如下步骤:

将硅藻土与酸溶液进行混合处理,得到前驱体材料;

所述前驱体材料与还原剂混合反应,得到硅氧前驱体材料;

将所述硅氧前驱体材料与碳纳米管分散于有机溶剂中,经煅烧,得到硅碳负极材料;

其中,所述还原剂为抗坏血酸和/或抗坏血酸盐。

作为本发明的一种优选技术方案,所述前驱体材料与还原剂混合形成的混合物中,所述前驱体材料与所述还原剂的质量比为100:(1-20)。

作为本发明的一种优选技术方案,所述还原剂的浓度为0.01mol/L-0.1mol/L。

作为本发明的一种优选技术方案,将硅藻土与酸溶液进行混合处理的步骤,所述硅藻土与所述酸溶液的质量比为1:(10-100)。

作为本发明的一种优选技术方案,所述酸溶液为有机酸溶液。

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