[发明专利]一种碳包覆硅纳米颗粒及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种碳包覆硅纳米颗粒及其制备方法、应用，其中，所述制备方法包括：提供一由石墨和硅混合的块状物作为阳极，提供一石墨棒作为阴极，并将所述块状物与所述石墨棒置于电弧炉中；将所述电弧炉抽真空并充入缓冲气体，其后，启动电弧，制备得到碳包覆硅纳米颗粒，其中，所述块状物中石墨与硅的质量比为5～30:70～95。本发明以硅和碳混合压制的块状物为阳极，石墨棒为阴极，采用直流电弧法可一步制得碳包覆的硅纳米颗粒，制备方法简单，有利于工业大规模生产，同时，所制备的碳包覆的硅纳米颗粒可直接应用在锂离子电池中，从而实现高附加值的制备锂离子电池负极材料。

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硅纳米颗粒及其制备方法、应用。

背景技术

在锂离子电池的嵌锂过程中，无定形Li_xSi和晶态Li₁₅Si₄间的相变过程导致硅电极的体积膨胀，使得硅颗粒之间的电接触不良，持续产生固体电解质界面(SEI)膜，从而导致活性材料损耗及电池的循环寿命变短。

目前，解决硅负极体积膨胀的方法有两种方式，即纳米化和复合化(复合包括与金属的复合和非金属的复合两种方式)，其中，材料纳米化对于解决硅体积膨胀导致电极粉化从集流体上脱落的问题具有十分重大的意义，而针对硅表面SEI膜的稳定形成，往往采取对硅表面进行包覆的方式，一方面，包覆层可以缓冲硅在体积膨胀过程中释放的应力，另一方面，可以避免硅与电解质的直接接触，从而避免在循环过程中SEI膜周期性的形成与破裂使得活性物质和电解质不断被消耗，造成不可逆容量损失。用碳质材料和硅复合从而吸收硅在嵌锂过程中体积膨胀所释放的应力被认为是提高电极稳定性的一个有效手段。

但现有的碳包覆硅的工艺步骤繁琐、操作复杂，为推动碳包覆硅在锂离子电池中的应用，需要提供一种工艺简单，能够大规模制备的方法。

因此，现有技术仍有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种碳包覆硅纳米颗粒及其制备方法、应用，旨在解决现有的碳包覆硅纳米颗粒的制备方法复杂，不利于大规模生产的技术问题。

本发明的技术方案如下：

提供了一种碳包覆硅纳米颗粒的制备方法，其中，包括步骤：

提供一由石墨和硅混合的块状物作为阳极，提供一石墨棒作为阴极，并将所述块状物与所述石墨棒置于电弧炉中；

将所述电弧炉抽真空并充入缓冲气体，其后，启动电弧，制备得到碳包覆硅纳米颗粒；

其中，所述块状物中石墨与硅的质量比为5～30:70～95。

在上述实现方式中，以硅和碳混合压制的块状物为阳极，石墨棒为阴极，采用直流电弧法制备得到碳包覆硅纳米颗粒，制备方法简单，有利于工业大规模生产。

可选地，所述块状物的厚度为0.1～2cm。

可选地，所述块状物与所述石墨棒在所述电弧炉内的间距为3～6mm。

可选地，所述缓冲气体为惰性气体或还原性气体中的一种或多种。

可选地，将所述电弧炉抽真空并充入缓冲气体后，所述电弧炉内的气压为20～70kPa。

可选地，所述电弧的放电电流为10～100A，所述电弧放电时间为1～30min。

基于同样的发明构思，还提供有一种碳包覆硅纳米颗粒，其中，采用所述碳包覆硅纳米颗粒的制备方法制备而成。

基于同样的方面构思，还提供有一种碳包覆硅纳米颗粒的应用，其中，将所述碳包覆硅纳米颗粒用于锂离子电池负极材料中。