[发明专利]一种锂离子电池氮掺杂碳硅负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池氮掺杂碳硅负极材料的制备方法，该方法用淀粉酶对淀粉进行酶解造孔，制得多孔淀粉，将其高温碳化得到多孔碳；将多孔碳、硅粉和氮源化合物混合后制得硅/多孔碳@氮源前驱体；将硅/多孔碳@氮源前驱体经过一定的合成方法，即得高容量Si/C@NC负极材料，氮的掺杂提供了更活跃的位点，增强了锂的扩散和转移动力学，有效的提高了负极材料的循环和倍率性能；本制备方法原料绿色环保，工艺简单，过程易控、能耗低，生产过程无毒无污染，属于环境友好型绿色工艺，易于大规模生产和推广。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种以淀粉为原料，通过氮掺杂碳硅制备锂离子电池负极材料的方法。

背景技术

新能源汽车的高速发展，对电池材料的能量密度提出了更高的要求；其中碳硅负极材料因比容量高、资源丰富、价格低廉等优点而被视为引领未来的锂离子电池负极材料之一；然而，硅材料本身的缺点也极其显著，如导电性差、膨胀率高造成的循环性不好；而且硅碳复合的均匀性问题、容量衰减快、导电性能差，倍率性能差、合成流程复杂耗时，物料成本高昂且易污染环境等难题仍没有攻克。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种锂离子电池氮掺杂碳硅负极材料的制备方法，步骤如下：

(1)将淀粉置于容器中，加入合适pH的缓冲液和淀粉酶液，将容器置于恒温磁力搅拌器上室温～60℃下进行酶解8～24h后得到淀粉乳，对淀粉乳进行过滤、洗涤获得沉淀，沉淀干燥、研磨得到多孔淀粉；将多孔淀粉置于惰性气氛中，真空高温条件下碳化后保温，冷却至室温后，即得多孔碳；

(2)在50℃～100℃下将多孔碳、硅粉和氮源化合物同时放入分散剂中混匀8～24h得到混合液，待溶液蒸发过半后，放入烘箱干燥后制得硅/多孔碳@氮源前驱体；

(3)将硅/多孔碳@氮源前驱体经过一定的合成方法，即得高容量Si/C@NC负极材料。

所述淀粉为小麦粉、玉米粉、马铃薯粉、豆类粉、木薯粉中的一种或任意比几种。

所述缓冲液为磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液；pH值为4.6～5.8。

所述淀粉酶液中的淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶、异淀粉酶中的一种或任意比几种，淀粉与淀粉酶的质量比为100～10:1。

所述惰性气体为氩气或氮气，碳化真空度为1～50Pa，碳化升温速率为0.1～5℃/min，碳化温度为500～900℃，保温时间为1～4h。

所述硅粉为纳米硅粉、微米硅粉，直径在2nm～5μm；多孔碳与硅粉的质量比为10:1～10，多孔碳与氮源化合物的质量比为10:1～10。

所述氮源为2,4,6-三氯三嗪、2,4,6-三叠氮三嗪、三聚氰胺、氰胺、双氰胺、胺基化合物、苯甲胺、含N杂环化合物以聚丙烯睛、聚吡咯等聚合物，含N前体(如NH3、乙睛、尿素等含氮化合物)。

所述分散剂为无水乙醇、去离子水、丙二醇、聚乙二醇、甘油、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等的一种或几种混合，相互间的体积比10～1:1的比例混合制得。

所述混匀方法为超声法、机械搅拌法，振动法，磁力搅拌法；烘箱干燥温度为40℃～100℃恒温烘箱。

所述合成方法为模板法、化学气相沉积法(CVD)、水热法、溶剂热法、固体缩聚反应等不同方法。

与现有技术相比，本发明方法优点在于：