[发明专利]一种利用四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法

说明书

本发明提供了一种利用四氯化硅生产纳米二氧化硅进而制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法。本发明采用四氯化硅、石墨为原料，并以葡萄糖、柠檬酸、聚乙二醇400等作为碳源，采用二次碳包覆工艺，制备出二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料，与商业化的石墨基锂离子电池负极材料比较，本发明的二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池复合负极材料稳定比容量与石墨基锂离子电池稳定比容量相比，比容量大约提高了24％，并且循环性能优异。

技术领域

本发明属于多晶硅生产的副产物四氯化硅的利用以及锂离子电池技术领域，具体涉及一种利用多晶硅生产的副产物四氯化硅制备二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

目前规模化和商品化的锂离子电池负极材料主要以天然和人造石墨进行表面修饰及不同热解炭源包覆等工艺制备而成，制备的负极材料放电比容量360mAh/g左右,充放电次数500次左右；钛基氧化物复合材料由于倍率性能较佳已经成为大功率电池的负极材料，但比容量较低，放电比容量225.5mAh/g左右(张颂等.喷雾干燥法制备炭包覆TiO₂锂离子电池负极材料[J].电源技术，2014，38(10)，1795-1798)；合金、过渡金属氧化物等负极材料由于循环性能、首次效率等技术环节未取得突破仍处在研究阶段；韩国三星电子研发团队已研发出高容量石墨烯涂层硅锂离子负极材料(电源技术[J]，2015，39(8)，1581-1584)，但材料在循环性能不稳定等问题未进行解决之前相信也很难规模化应用。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池负极材料，该负极材料是以多晶硅生产的副产物四氯化硅、石墨为原料，并以葡萄糖、柠檬酸等作为碳源，采用二次碳包覆工艺，制备出二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。

本发明的目的通过以下技术方案来实现。

(1)称取120重量份无水乙醇，置于可加热磁力搅拌器上，常温下，取1-8重量份柠檬酸加入无水乙醇中，使其完全溶解，调节加热源将温度控制在10～50℃，再加入1-8重量份葡萄糖，边加边溶解，待溶解完全，再加1-6重量份聚乙二醇400，7-30重量份四氯化硅，搅拌5分钟，在10-50℃，搅拌条件下，滴入氨水，每1～2s滴一滴，溶液pH 5-10为终点，制得二氧化硅溶胶；

(2)将上述溶胶用电炉加热0.5-3小时浓缩至稠膏状，然后放入烘箱，在105℃条件下干燥1-5h，干燥后置于氮气气氛炉中以2-5℃/min加热煅烧，200℃保温1-3小时，350℃保温1-3小时，850℃保温1-5小时，使葡萄糖、柠檬酸等碳源热解纯化为热解碳，然后自然冷却至室温，研磨15分钟，100-300目过筛制得碳包覆纳米二氧化硅前驱体备用；

(3)取上述前驱体1-3重量份,加球形天然石墨1-3重量份，加入40％葡萄糖水溶液5-12重量份，补充无水乙醇，在行星式球磨机中进行湿法球磨3-20h制得混悬液待用；

(4)将上述混悬液中研磨用小球取出，用无水乙醇洗涤小球，洗涤液与混悬液合并，将混悬液用电炉浓缩至稠膏状，在氮气气氛炉中以2-10℃/min加热煅烧，100-200℃保温2小时，250-550℃保温1小时，600-1200℃保温2小时，使葡萄糖热解纯化为热解碳，自然冷却至室温；

(5)研磨15分钟，过200目筛，制得二氧化硅/石墨/碳复合锂离子电池负极材料。

所述碳源为葡萄糖、柠檬酸、聚乙二醇400。

所述步骤(2)中加热煅烧时，优选350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min。

所述步骤(4)中加热煅烧时，优选350℃以下升温速度为2℃/min,350℃以上升温速度为5℃/min。

所述二氧化硅/石墨/碳重量比为：25-30:33-58:34-40。