[发明专利]球形多孔硅碳复合颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形多孔硅碳复合颗粒的制备方法。

背景技术

锂离子电池是继铅酸电池、镍镉电池以及镍氢电池之后新一代二次电池。在全球面临石油资源的持续紧缺和环境不断恶化的今天，锂离子电池由于具有容量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、无环境污染和安全性能好等优点，已经成为高新技术发展的重点之一，被认为是高容量、大功率电池的理想之选，是21世纪的环保电源。可充电锂离子电池自1990年开始商业化以来，其应用范围被不断拓展，从移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备领域到电动汽车以及未来的航空航天、人造卫星等诸多领域都将得到广泛应用。目前，人们已经开始致力于研究新型的可充电锂离子电池，可供混合动力电动汽车、可充电混合动力车和纯电动车辆等交通工具使用，从而减少对石油的依赖和缓解空气污染。要满足这种应用，锂离子电池须具备高的功率密度、高的能量密度和好的循环性能。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，是锂离子储能器件发展的关键。目前商用锂离子电池负极材料主要为石墨材料，石墨具有层状结构，在充放电过程中体积膨胀小、不容易出现材料的粉化，但是石墨的理论处理容量较小，只有400mAh/g。硅由于具有最大的理论处理容量4200mAh/g而受到广泛的关注，但是由于密堆积结构，硅在充放电过程中体积膨胀大、材料粉化严重，此外纳米硅和薄膜硅制作成本高，这些都制约着其在锂离子电池中的应用。

现有的硅碳复合材料可以结合上述两种材料的优点，从而获得高容量低膨胀的负极材料。然而，现有的硅碳复合材料，一般将硅粉与石墨进行简单研磨后形成，如，CN102403491A。然而，上述制备方法所获得硅碳复合材料的性能有待进一步提高。

发明内容

本发明提供一种球形多孔硅碳复合颗粒的制备方法，可以解决上述问题。所述球形多孔硅碳复合颗粒的制备方法，包括如下步骤：

提供一Na₂SiO₃溶液；将一糖类化合物溶解于所述Na₂SiO₃溶液，形成一第一溶液；将所述第一溶液进行喷雾干燥，形成球形Na₂SiO₃/糖类复合颗粒；将所述球形Na₂SiO₃/糖类复合颗粒加入浓硫酸中炭化处理形成一悬浊液，所述悬浊液包括球形多孔Na₂SiO₃/C复合颗粒；将所述悬浊液加入蒸馏水中稀释，使球形多孔Na₂SiO₃/碳复合颗粒中的Na₂SiO₃水解，形成球形多孔SiO₂/C复合颗粒；过滤获得球形多孔SiO₂/C复合颗粒；将一还原剂与所述球形多孔SiO₂/C复合颗粒混合，并加热使球形多孔SiO₂/C复合颗粒中的SiO₂还原，形成球形多孔Si/C复合颗粒。

进一步的，所述Na₂SiO₃溶液的浓度为15wt%到25wt%。

进一步的，所述将糖类化合物溶解于所述Na₂SiO₃溶液的步骤包括：按照炭化率15%~25%计入硅含量5wt%~15%的糖类化合物。

进一步的，所述糖类化合物包括单糖、双糖、低聚糖和多糖。

进一步的，所述单糖为葡萄糖、果糖或其混合物，双糖为蔗糖、麦芽糖、乳糖或其混合物。

进一步的，所述喷雾参数为：进料量为1~10ml/min.，进口温度为100~200℃，压力为0.1~1MPa。

进一步的，过滤获得球形多孔SiO₂/C复合颗粒后，进一步包括将所述球形多孔SiO₂/C复合颗粒进行清洗和干燥的步骤。