[发明专利]一种锂离子电池碳硅负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种碳包硅及其制备方法和应用。本发明提供的碳包硅的制备方法，包括以下步骤：将碳源、硅、催化剂和水混合，依次进行水热反应和碳化处理，得到碳包硅。本发明提供的所述方案使用的原料来源广泛，价格低廉，采用水热反应，制备流程简便，能耗低，无污染，易实现工业化生产；同时利用水热反应和碳化处理得到的碳包硅结构表面包覆规整，粒度均匀；且可实现碳层的厚度可控，保证硅表面有包覆良好的碳层结构，能够有效的解决硅作为电极材料时，在充放电过程中的体积膨胀的问题，进而提高其电化学性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种碳包硅及其制备方法和应用。

背景技术

研究表明，硅可以作为锂离子电池负极材料使用，其理论比容量是目前商业碳的十倍左右，应用前景相当广阔。但是，硅作为锂离子电池负极材料，存在体积膨胀等问题，进而导致其电化学循环稳定性能差。

目前，对于硅负极材料的研究，主要采用纳米硅、非晶硅或者构造特殊结构的硅及其含硅复合材料等方法。其中，碳包硅可以在很大程度上缓冲在充放电过程中体积的变化，减少SEI膜的破坏重建效应，因此，碳包硅被认为是提高硅电极循环稳定性的有效手段。现行的碳包硅的制备方法，主要包括电化学沉积法、激光沉积法、热裂解法、溶胶凝胶法、直流电弧放电法、化学气相沉积法和化学腐蚀法等。但是上述制备方法均存在操作复杂、能耗高、成本高和难以实现工业化的缺陷，甚至有些还会对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包硅及其制备方法和应用，所述碳包硅的制备方法操作简单、成本低以及环境友好；利用所述制备方法制备得到的碳包硅的电化学循环稳定性较好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种碳包硅的制备方法，包括以下步骤：

将碳源、硅、催化剂和水混合，依次进行水热反应和碳化处理，得到碳包硅。

优选的，所述碳源为葡萄糖、淀粉、β-环糊精和木质素中的一种或几种；

所述硅为微米硅和/或废料硅。

优选的，所述催化剂为过渡金属、可溶性过渡金属盐或铁硅合金；

所述铁硅合金为以铁和硅为基体元素的铁硅合金。

优选的，所述碳源、硅和催化剂的质量比为10：(1～8)：(0.1～10)；

所述碳源在发生所述水热反应的反应溶液中的浓度为0.1～10mol/L。

优选的，所述水热反应的温度为150～300℃，所述水热反应的时间为1～12h。

优选的，所述碳化处理的温度为500～1000℃，保温时间为1～12h。

优选的，升温至所述碳化处理的温度的升温速率为5～15℃/min。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的碳包硅，所述碳包硅的碳层厚度为100～500nm。

本发明还提供了上述技术方案所述碳包硅在制备锂离子电池负极的应用。

优选的，所述锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：

将所述碳包硅、导电剂、粘合剂和水混合，得到负极浆料；

将所述负极浆料涂覆在铜箔上，得到负极；

所述碳包硅、导电剂和粘合剂的质量比为8:1:1。