[发明专利]一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，其步骤如下：将气相法白炭黑与镁粉按一定的物质的量之比混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用盐酸溶液酸蚀以除去其中的MgO和Mg₂Si等副产物，得到酸蚀样；将酸蚀样品进行SiO_x包覆，得到SiO_x包覆样品；将NPs‑Si@SiOx进行聚苯胺包碳，得到Si@SiOx@C复合包覆的样品。本发明通过对白炭黑镁热还原，经SiOx和C复合包覆修饰得NPs‑Si@SiOx@C复合结构，得到具有分级多孔结构，颗粒尺寸小、比表面积大的硅基材料，大大提高了硅材料的导电性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池硅负极复合材料的制备方法，属于硅材料制备技术领域。

背景技术

硅以其较高的理论嵌锂比容量和较低的嵌/脱锂电位，被认为是目前极具应用前景的锂离子电池负极材料之一。但是，硅在脱嵌锂的过程中存在明显的体积膨胀并且导电性差。为解决这一问题科研人员提出了很多方法，如改变硅的形态，制备硅纳米线、纳米管、纳米薄膜、空心球等来缓解它的体积效应；虽然这些方法制备的锂离子电池负极材料表现出了较好的性能，但是其制备成本较高制备工艺复杂，镁热还原以其反应温度低，工艺更加简单，对设备要求低的优点成为可行路径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种白炭黑镁热还原硅基复合材料及其制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按白炭黑和镁粉质量比为1:(0.8～1.2)的比例将白炭黑与镁粉混合均匀，转移至石墨坩埚中，在氩气气氛下进行热处理，冷却至室温取出，用1mol/LHCl溶液酸蚀以除去其中的副产物，离心分离，真空干燥后得到酸蚀样品。

(2)按15～30g/L的比例将酸蚀样品加入0.1mol/L HCl溶液中，室温超声分散10～30min；然后加入三乙氧基硅烷，其中，HCl溶液与三乙氧基硅烷的体积比为10:1～20:1，室温磁力搅拌30～40min，离心分离，60～80℃真空干燥后，转移至石墨舟，在氩气气氛下800～1000℃处理1～2h得到SiO_x包覆样品NPs-Si@SiOx。

(3)按20～30g/L的比例将NPs-Si@SiOx加入1mol/L HCl溶液中室温超声10～30min，加入苯胺，其中，苯胺与HCl溶液的体积比为1:10～1:5，室温磁力搅拌10min得到NPs-Si@SiOx悬浮液；按150～200g/L称取过硫酸铵溶解在0.5～1mol/LHCl溶液中配制过硫酸铵溶液，在室温磁力搅拌下将过硫酸铵溶液缓慢滴入NPs-Si@SiOx悬浮液中，其中，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1:1～1.5:1，并继续室温磁力搅拌10～12h得到悬浮液，离心分离，60～80℃干燥8～12h，将其转移至石墨舟内，氩气气氛下800～1000℃处理1～2h，得到NPs-Si@SiOx@C复合包覆的样品。

优选的，本发明步骤(1)中热处理的温度为700℃，热处理的时间为10h，真空干燥的条件为：60℃真空干燥12h。

优选的，本发明所述的离心分离速度为9600r/min。

除特殊说明外，本发明所有原料均为市售分析纯。

本发明的有益效果为：

(1)本发明使用的镁热还原法是一种反应温度低，工艺简单，设备要求低，能够实现工业化生产的方法。

(2)本发明中使用的白炭黑为气相法白炭黑，价格低廉，粒径小，纯度高分散性能好、具有多孔性，使镁热还原处理后获得的硅材料具有颗粒尺寸小、比表面积大的优点。

(3)本发明利用有机物高温热解的方法在硅材料表面包覆SiO_x以及碳层形成NPs-Si@SiO_x@C复合结构，该复合结构大大提高了硅材料的导电性和循环稳定性。