[发明专利]一种硅碳复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅碳复合材料的制备方法，属于碳复合材料制备技术领域。

背景技术

石墨类负极材料具有高的循环效率和良好的循环性能，已被广泛应用于制备锂离子电池负极材料。但其理论比容量仅有372 mAh/g，为此需要开发新型负极材料以提高锂离子电池的电化学性能。目前，硅材料由于具有高容量、资源丰富且与碳材料电位相近等优点，成为锂离子电池负极材料的候选材料。然而，硅材料在高程度脱/嵌锂下，存在着严重的体积效应，易造成结构坍塌、活性物质脱落，电池的循环稳定性大大下降。近年来，人们通过以下方法改善硅材料的循环性能：（1）降低颗粒尺寸；（2）制备硅薄膜；（3）制备硅基复合材料；（4）制备特殊结构的纳米材料，如硅纳米线、核-壳结构材料、球形硅/石墨复合材料等，使得材料在循环过程中保持形貌，提高电极的循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅碳复合材料的制备方法。

本发明的实现过程如下：

一种硅碳复合材料的制备方法，步骤如下：在密闭容器中，将糖类化合物、高聚物、硅粉和有机溶剂在150～250℃反应后，经干燥、煅烧得到硅碳复合材料，

上述糖类化合物、高聚物、硅粉和有机溶剂的质量比为1：1：0.5：5～1：0.1：0.1：0.5；所述的糖类化合物选自单糖或二糖；所述的高聚物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯醇。

上述糖类化合物选自葡萄糖、果糖、半乳糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。

上述的有机溶剂选自甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁醇、乙腈、二氯甲烷、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯亚砜、N-甲基吡咯烷酮。

干燥采用冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥。

最佳反应温度为160～200℃。

上述制备方法中的煅烧温度为300～1200℃。

上述方法制备的硅碳复合材料在锂离子电池负极材料中的应用。

本发明的优点：（1）本发明原料易得，成本低，制备过程简单；（2）制备的硅碳复合材料的尺寸小且可控；（3）所制备的复合材料具有较高的比容量、优良的循环性能；（4）在硅碳复合材料中，碳是离子与电子的混合导体，不仅在充放电过程中体积变化小，而且具有良好延展性和弹性，有利于改善硅电极的导电性和缓冲硅的体积变化。

附图说明

图1为实施例1制备的圆柱状凝胶的照片；

图2为实施例1制备的硅碳复合材料的扫描电镜图；

图3为实施例1制备的硅碳复合材料的EDX能谱图。

具体实施方式

实施例1

在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.3g硅粉和3mL冰乙酸，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下1000℃煅烧1 小时得到硅碳复合材料。其扫描电镜图见图2，从图中可以看出，复合材料为球状、尺寸约为100 nm ；其EDX能谱见图3，从图中看出复合材料含有碳、氧、硅三种元素。

实施例2

在密闭反应釜中，加入1g果糖、0.1g聚丙烯酸、0.1g硅粉和0.5mL甲酸，在160℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经二氧化碳超临界干燥后在氮气气氛下500℃煅烧4 小时得到硅碳复合材料。

实施例3

在密闭反应釜中，加入1g麦芽糖、0.1g聚丙烯酰胺、0.2g 硅粉和3mL乙二醇，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下300℃煅烧4 小时得到硅碳复合材料。

实施例4

在密闭反应釜中，加入1g乳糖、0.5g聚乙烯醇、0.5g 硅粉和5mL乙醇，在250℃下反应4 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下1200℃煅烧1 小时得到硅碳复合材料。

实施例5

在密闭反应釜中，加入1g 葡萄糖、0.1g 聚乙烯吡咯烷酮（K30）、0.4g 硅粉和3mL丁醇，在200℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下800℃煅烧3 小时得到硅碳复合材料。

实施例6

在密闭反应釜中，加入1g半乳糖、0.1g聚丙烯酸、0.5g 硅粉和3.5mL丙酸，在180℃下反应8 小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下1000℃煅烧1 小时得到硅碳复合材料。

实施例7