[发明专利]一种碳包硅及其制备方法和应用、锂离子电池负极的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳包硅及其制备方法和应用、锂离子电池负极的制备方法，属于电极材料技术领域。本发明在碳包硅的碳层中引入金属纳米颗粒，在充放电过程中提供电子通道，大幅提高其电化学性能，而且利用碳层的刚性有效解决了硅在充放电过程中的体积膨胀问题，而且大大改善了碳层导电性，提高了碳包硅的电化学性能。本发明所述方案使用的原料成本低、来源广；而且采用水热反应，制备流程简便、能耗较低、绿色环保，易实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种碳包硅及其制备方法和应用、锂离子电池负极的制备方法。

背景技术

已有研究发现，硅在作为锂离子电池负极材料时，理论比容量是商业石墨的十倍以上，有十分广阔的前景。但是，硅材料在充放电时，存在巨大的体积膨胀问题，导致其循环稳定性极差，不能直接应用。

目前解决该问题的方法主要有将硅颗粒纳米化、制成合金、构造特殊结构的硅或制备硅复合材料。在众多方法中，碳包硅可以极大地缓解硅的体积变化问题，有效提升材料的电化学性能。但是，现行的制备方法主要为化学气相沉积、电化学沉积和化学刻蚀等方法，不仅成本高昂，而且污染较大。同时，采用这些方法制备得到的碳包硅中的碳层多为无定形碳，导电性差，影响了复合材料的电性能发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包硅及其制备方法和应用、锂离子电池负极的制备方法，所制备的碳包硅导电性好，电化学性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳包硅的制备方法，包括以下步骤：

将碳源、金属源、硅和水混合，得到反应液；

将所述反应液依次进行水热反应和碳化处理，得到碳包硅。

优选的，所述碳源包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素、环糊精和木质素中的一种或几种；所述碳源在反应液中的浓度为0.1～5mol/L。

优选的，所述金属源包括可溶性金属盐，所述可溶性金属盐包括醋酸类金属盐、硝酸类金属盐或硫酸类金属盐；所述金属源中的金属元素包括锰、铜、镍、钴、铁、钯、金或银。

优选的，所述硅包括颗粒状硅、片状硅或针状硅。

优选的，所述碳源、硅和金属源的质量比为10:(1～20):(0.1～5)。

优选的，所述水热反应的温度为170～300℃，所述水热反应的时间为2～24h。

优选的，所述碳化处理的温度为750～1700℃，保温时间1～4h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碳包硅，包括硅颗粒以及包裹在所述硅颗粒表面的碳层，所述碳层中均匀分散有金属纳米颗粒。

本发明提供了上述技术方案所述碳包硅在制备锂离子电池负极的应用。

本发明提供了一种锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：

将碳包硅、导电剂、粘合剂和水混合，得到负极浆料；所述碳包硅为上述技术方案所述碳包硅；

将所述负极浆料涂敷在金属箔上，得到锂离子电池负极。