[发明专利]硅碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种硅碳复合材料及其制备方法，具体制备过程如下：1）将纳米硅、碳源、量子点分别用溶剂经超声进行分散，待用；2）将分散好的纳米硅溶液、碳源溶液分别加入到量子点溶液中，超声混合后蒸发溶剂，获得固含量在90~97%的浆料，真空干燥后待用；3）将步骤2）所得物料研磨后，在惰性气体氛围中加热煅烧，得到硅碳复合材料。利用碳量子点或石墨烯量子点在水和无水乙醇中良好的分散性及表面丰富的官能团，将硅和有机物或石墨紧密的结合在一起，通过高温煅烧后的热解产物对硅的均匀包覆，实现有效缓解硅基材料在循环过程中的体积膨胀问题，进而实现改善材料的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，具体来说，涉及一种硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术

商业化的锂离子电池在电动汽车、混合动力汽车、移动电话、便携式电子设备等领域有着广泛的应用。石墨作为商业化锂离子电池的负极材料，理论比容量为372mAh g^-1，已不能满足人们日益增长的对高能量密度和高功率密度锂离子电池的需求。硅元素是地壳中储量第二大的元素，仅次于氧元素，资源丰富。此外，硅还具有较低的脱嵌锂电位以及高理论比容量(4200mAh g^-1)等优点，有望成为新一代商业化的锂离子电池负极材料。然而，硅在循环过程中存在巨大的体积效应(＞300％)，导致基体材料粉化，致使电池的循环性能不佳，阻碍了硅基负极材料的商业化进程。目前解决上述问题的主要方法有将硅纳米化、硅-金属合金、硅-金属氧化物复合以及制备硅碳复合材料。

碳材料在锂离子嵌入和脱嵌的过程中体积变化小、具有良好的离子导电性和电子导电性、可以形成稳定的SEI膜并能提供一定的容量等优点，将硅与碳材料复合可以有效的缓解硅的体积效应，因此是目前研究的热门之一。但是碳材料作为缓解硅体积膨胀的缓冲基体存在与硅结合不紧密的问题，经过多次循环后硅碳分离从而导致电池的电化学性能急速衰减。寻求一种可以与硅紧密结合，从而有效缓解硅体积膨胀的碳材料是研究的重点。

CN201510973951.1公开一种石墨烯/硅/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，涉及锂离子电池硅负极材料。石墨烯/硅/碳纳米管复合材料是石墨烯、硅材料与碳纳米管复合的一种硅碳复合材料。制备方法：将石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入纳米硅粉，超声振荡分散均匀；将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得石墨烯/硅/碳纳米管复合材料。该专利提供的石墨烯/硅/碳纳米管复合材料仍存在碳材料与硅结合的紧密问题，具有一定的局限性。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种硅碳复合材料及其制备方法，实现碳与硅的紧密结合，能有效提升硅碳复合材料的电导率，能缓解硅材料的体积膨胀问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种硅碳复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

1)将纳米硅、碳源、量子点分别用溶剂经超声进行分散，待用；

2)将分散好的纳米硅溶液、碳源溶液分别加入到量子点溶液中，超声混合后蒸发溶剂，获得固含量在90～97％的浆料，真空干燥后待用；

3)将步骤2)所得物料研磨后，在惰性气体氛围中加热煅烧，得到硅碳复合材料。

进一步地，步骤1)中，所述超声的频率为50Hz，超声的时间为5～20min，优选为5、10、15、20min。所述溶剂为无水乙醇或水。