[发明专利]一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1.将金属硅化合物热分解得到粉末混合物；S2.将所述粉末混合物进行酸洗后得到多孔硅颗粒；S3.采用烃类气体裂解对多孔硅颗粒进行碳包覆，制得碳包覆的多孔硅复合材料。本发明制备的碳包覆的多孔硅复合材料，缓解了硅负极材料在充电过程中体积膨胀现象，有效地防止硅颗粒结构破裂。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有工作电压高、比能量高、容量大、自放电小、循环性好、使用寿命长、重量轻、体积小等突出优点而成为移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备的理想电源。为了满足使用要求，高容量、长寿命锂离子电池成为锂离子电池发展的一个重要研究方向。由于正极材料的比容量相对较低，容量的提升空间不大，故高容量锂离子电池的研制工作主要集中在负极材料。现有商业上使用的负极材料为碳材料，其理论比容量仅有372mAh/g，因此寻找替代碳的高容量负极材料成为一个重要的研究方向。

目前商用锂离子电池的负极材料主要为石墨，由于其理论比能量低(372mAh/g)，而且高倍率充放电性能差，是锂离子电池进一步发展的绊脚石。相比于传统石墨在嵌入锂之后形成LiC6插层化合物，硅作为负极材料,通常与锂合金化形成Li22Si5金属间化合物，其理论比容量高达3572mAh/g。但硅作为锂离子电池负极材料也有缺点：

(1)硅材料容易发生体积膨胀和收缩，影响电循环性能：

硅是半导体材料，自身的电导率较低，在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300％以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低；

(2)使用过程中，硅材料易腐蚀，容量衰减：

由于硅材料的体积效应，在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

由于硅自身存在这种严重的体积效应，严重制约硅负极材料的产业化道路。为适应现代社会对高容量、高密度锂离子电池的需要，需采用很多技术用来改善硅负极材料的上述缺陷。比较典型的技术有：将纳米Si与石墨类进行机械复合；通过化学气相沉积在硅颗粒上涂覆碳层；通过含硅物质进行化学反应合成含硅材料。通过化学合成手段制备的含硅材料，因内部结构比较均匀，材料表现出了相对优异的电循环性能。

上述的现有技术方法仍旧不能满足市场对该类材料的需要，因此，有必要提供一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳包覆的多孔硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将金属硅化合物热分解得到粉末混合物；

S2.将所述粉末混合物进行酸洗后得到多孔硅颗粒；

S3.采用烃类气体裂解对多孔硅颗粒进行碳包覆，制得碳包覆的多孔硅复合材料。

优选地，所述步骤S1具体包括：

S101.取适量的金属硅化合物均匀平铺在陶瓷舟内，并置于开放的管式炉内部；

S102.将管式炉升温至300-1000℃，并在此温度下保温5-20h，进行热分解；

S103.待反应结束后自然冷却，得到粉末混合物；

优选地，所述步骤S2具体包括：