[发明专利]一种笼状小球结构的硅碳负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种笼状小球结构的硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：（1）纳米硅颗粒表明活化：将0.8‑1.2g纳米硅粉加入0.8‑1.5L无水乙醇中分散；再将6‑14ml表面活性剂3‑氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超声15‑25h；（2）浆料混合工艺：将上述表面活化的硅浆加入0.8‑1.2L水中，并加入90‑110g柠檬酸，搅拌1‑3h，超声1‑3h；（3）喷雾干燥与煅烧。通过本发明方法制备的硅碳负极材料作为缓冲相以反应循环期间的体积膨胀；此外，原位制备的尺寸小于100nm的Si纳米结构域均匀分散，有效缓解体积膨胀应力；其次，引入的笼状小球结构允许更快的锂离子和电子扩散，这反过来意味着优异的电化学性能，特别是更好的循环稳定性和改进的速率性质。

技术领域

本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种笼状小球结构的硅碳负极材料的制备方法。

背景技术

由于Si令人印象深刻的理论容量，硅基材料被认为是下一代锂离子电池的最佳负极材料。然而，在脱嵌锂时Si（〜300％）的剧烈体积变化导致电接触的损失和过度的固体-电解质间期（SEI）生长，这导致差的速率能力和循环稳定性。最近，二维硅所谓的硅胶吸引了很多关注，这表明锂离子电池的前景。然而，屈曲的蜂窝状硅，甚至多层硅在24小时内在空气中不稳定。或者，还开发了由分散在无定形SiOx（纳米Si / a-SiO x）中的基体纳米晶体Si形成的退火的SiO的非化学计量的硅氧化物，以有效地减小体积变化。混合物中氧原子的存在确实限制了体积膨胀，这是由于形成不可逆的副产物，例如起着缓冲区的作用的Li₂O和硅酸锂。然而，很少的方法已被用于合成非化学计量的硅氧化物：（1）在T> 5000℃时Si / SiO₂混合物的蒸发和冷凝；（2）在T³1000ºC与H2的碳热还原SiO₂；（3）感应熔融Si注入各种混合气体；（4）用于制备Si / SiOx纳米球的氢倍半硅氧烷（HSiO_1.5）。所有得到的样品都显示SiOx与Si一起分散的三维结构，其中Li离子在第一循环之后需要迁移通过硅酸锂或Li₂O层，因此导致差的性能。随着这一切的出现，并希望克服这些缺点，我们的目标是实现二维低密度氧化硅纳米复合材料，其具有适度的体积变化并提供更好的电子和Li离子动力学。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种笼状小球结构的硅碳负极材料的制备方法，其具有适度的体积变化并提供更好的电子和Li离子动力学。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种笼状小球结构的硅碳负极材料的制备方法，包括有以下步骤：

（1）纳米硅颗粒表明活化：将0.8-1.2g纳米硅粉加入0.8-1.5L无水乙醇中分散；再将6-14ml表面活性剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超声15-25h；接着，用去离子水抽滤清洗2-5遍，获得硅浆；

（2）浆料混合工艺：将上述表面活化的硅浆加入0.8-1.2L水中，并加入90-110g柠檬酸，搅拌1-3h，超声1-3h；

（3）喷雾干燥与煅烧：将上述浆料，通过喷雾干燥设备进行干燥，得到前驱体；然后将前驱体放入管式炉，在氩气氛围和800-1000℃的条件下煅烧0.8-2h，升温速度为1-4℃/min。

作为一种优选方案，包括有以下步骤：

（1）纳米硅颗粒表明活化：将1g纳米硅粉加入1L无水乙醇中分散；再将10ml表面活性剂3-氨丙基三乙氧基硅烷加入硅粉分散系中，超声20h；接着，用去离子水抽滤清洗3遍，获得硅浆；

（2）浆料混合工艺：将上述表面活化的硅浆加入1L水中，并加入100g柠檬酸，搅拌2h，超声2h；