[发明专利]一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，包括以下步骤：将硅粉分散到2‑甲氧基‑乙氧基硅烷中，再加入乙醇和去离子水，搅拌，得硅悬浮液；将树脂固化剂和含氢聚硅氧烷加入硅悬浮液中，搅拌，得前驱体溶液；将前驱体溶液在H₂和Ar的混合气氛中加热固化，得固化物；在H₂和Ar的混合气氛下，将固化物进行高温碳化，粉碎，即得。本发明通过在硅粉颗粒表面包覆一层碳层，硅碳之间通过化学键啮合成一个整体，抑制硅在脱嵌锂时的体积变化；此外，添加的树脂和含氢聚硅氧烷经固化起到骨架支撑作用，防止碳化过程中出现熔融黏连结块，亦可抑制硅的体积膨胀，保证材料整体性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池广泛使用的石墨类碳负极材料容量偏低，一般不超过360mAh/g，已经越来越难以满足市场需求；而硅类材料的理论储存锂容量为4200mAh/g，且脱嵌锂电压平台低，逐渐成为理想负极材料研究热点。然而，由于循环稳定性较差，硅负极材料在锂离子电池中的应用受到了限制，这是由嵌锂和脱锂过程中的大体积变化(300％)引起的。大体积变化导致硅结构的粉化，与导电网络脱离，内阻急剧增加造成容量衰减。目前对硅碳负极的研究大多是制备工艺复杂，且产业化制备成本高，对设备的要求高，导致目前类似的研究大多停留在实验室层面，距离真正意义上的产业化还有一段距离。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高容量稳定性好的硅碳负极材料及其制备方法。

本发明提出的一种高容量稳定性好的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硅粉分散到2-甲氧基-乙氧基硅烷中，再加入乙醇和去离子水，搅拌，得硅悬浮液；

S2、将树脂固化剂和含氢聚硅氧烷加入到硅悬浮液中，搅拌，得前驱体溶液；

S3、将前驱体溶液在H₂和Ar的混合气氛中加热固化，得固化物；

S4、在H₂和Ar的混合气氛下，将固化物进行高温碳化，粉碎，即得硅碳负极材料。

优选地，所述硅粉的平均粒径≤100nm。

优选地，所述硅粉和2-甲氧基-乙氧基硅烷的质量比为1：15～20；优选地，所述硅粉、去离子水、乙醇的用量比为1g：2～3mL：2～3mL；优选地，所述硅粉、树脂固化剂、含氢聚硅氧烷的用量比为1g：7.5～10mL：10～15g。

优选地，S1中，将硅粉超声分散到2-甲氧基-乙氧基硅烷中，超声分散时间为20～40min。

优选地，S2中，树脂固化剂包括酚醛树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、环氧树脂中的一种或一种以上的混合物。

优选地，S3中，H₂和Ar的混合气氛中，H₂和Ar的体积比为5：95；优选地，加热固化的温度为70～90℃，固化时间为2～3h。

优选地，S4中，以10℃/min的升温速率升温至1000～1300℃进行高温碳化，反应体系自然降温。

本发明还提出了一种采用上述方法制备的高容量稳定性好的硅碳负极材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1.本发明中2-甲氧基-乙氧基硅烷作为一种结构控制剂和扩链剂，首先在固化过程中形成支撑的结构骨架结构，其次这种结构可将碳和硅紧密结合在一块，从而使硅和碳之间通过化学键啮合成一个整体，从而在SiO_x表面形成一层碳包覆，进而抑制硅在脱嵌锂时的体积变化，该方法工艺简单，成本较低，易于工业化生产。