[发明专利]一种硅碳复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合材料的制备方法，涉及硅碳负极材料合成领域。该方法包括：将金属硅与石墨粉按照一定比例均匀混合；将混合均匀的金属硅与石墨粉置于石墨坩埚内后放入密闭炉窑中进行加热处理；当炉窑内温度升高至2200‑2400℃后恒温保温20‑60min，恒温保温过程中调整炉窑内压力，保持正压和负压在0.1MPa‑100Pa之间进行周期性脉动变化，恒温保温处理后即得硅碳复合材料。本发明制备的硅碳复合材料，有效改善了石墨负极材料的容量和循环性能，同时通过硅填充率的控制，减小了充放电时硅膨胀的影响，有效的节省能源且减少了环境污染。

技术领域

本发明涉及硅碳负极材料合成领域，更具体的涉及一种硅碳复合材料的制备方法。

背景技术

碳材料是目前锂离子电池负极应用最广泛的材料，它不仅应用工艺技术成熟，容量较高，而且还具有优良的循环性能、较高的库伦效率和稳定的放电电压平台，与溶剂相容性好，可为锂电池提供高且平稳的工作电压，较好的高低温性能和安全性能。硅材料的理论比容量很高，硅碳复合后能量密度可提高达200％以上，既能满足便携式大功率电源的容量要求，也能满足混合电动汽车对锂离子电池提出的高功率需要，并且碳材料还能缓解硅在循环过程中剧烈体积变化带来的内部张力导致电极极板材料粉化坍塌的现象。硅、碳经过特殊工艺复合成型后，在充放电过程中的绝对体积变化很小，具有良好的循环性能和较高的充放电效率，不仅性能较好而且相对稳定。

目前硅碳复合材料的制备中主要存在由于硅膨胀影响充放电性能，循环性能较差，容量较差的问题。

发明内容

本发明提供一种硅碳复合材料的制备方法，解决传统硅碳复合材料中由于硅膨胀影响充放电性能以及循环性能较差，容量较差的问题。

具体的，本发明中硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将金属硅与石墨粉均匀混合，所述金属硅与所述石墨粉的摩尔比为0.1-5:100；

步骤2：将混合均匀的金属硅与石墨粉置于石墨坩埚内后放入密闭炉窑中进行加热处理；

步骤3：当炉窑内温度升高至2200-2400℃后恒温保温20-60min，恒温保温过程中调整炉窑内压力，保持正压和负压在0.1MPa-100Pa之间进行周期性脉动变化，恒温保温处理后即得硅碳复合材料。

优选的，所述石墨粉的纯度为3-5N，所述石墨粉的粒度为325-800目。

优选的，所述金属硅的纯度为4-5N，所述金属硅的粒径为2-10μm。

优选的，步骤2中，密闭窑炉内充有氮气或氩气进行惰性气氛保护。

优选的，步骤3中，正压和负压脉动变化的周期为1-10min。

本发明的有益效果为：

本发明中硅碳复合材料的制备方法通过保温过程中正负压周期性脉动变化，不同压力改变了硅的蒸气压，使硅表现为气态和液态的周期性变化，提高了液态硅和气态硅的流动性，使金属硅最终以纳米硅线、纳米颗粒的形式沉积在石墨粉体内部空隙或外表面上，所制备的硅碳复合材料，有效改善了石墨负极材料的容量和循环性能，同时通过硅填充率的控制，减小了充放电时硅膨胀的影响，有效的节省能源且减少了环境污染。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1提供的硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：