[发明专利]一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法及其应用，将高分子和去离子水或蒸馏水按一定比例称重，超声波分散后，再采用弱酸将溶液的PH调节至5‑6.5，再溶液:纳米硅粉:表面活性剂按一定比例称重，再超声波分散、加热、搅拌、离心；再将离心后的原料溶液干燥，再将原料倒入浓度为70％‑98％硫酸中碳化定型，再将碳化定型后的原料倒入离心管在离心机上进行离心，再将离心后的原料加热使其干燥为半成品；半成品在炉内进一步碳化，得到碳包覆纳米硅复合材料成品。本方法制备出的碳包覆纳米硅复合材料球形度好、容量相对高、包覆的石墨强度高、包覆物分散性好，且制备工艺步骤相对简单的一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，具体讲是一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、环境友好的优点，近年来已占据了便携式电子设备的市场，传统的锂离子电池负极材料大多使用传统的石墨材料，但是其理论容量低仅有为372mAh/g，无法满足电动汽车未来发展的需要。因此，为提高碳负极材料的容量通常将之与高容量材料复合，其中，硅材料由于其理论比容量极高(4200mAh/g)、嵌脱锂平台较低、地壳含量丰富、安全性好等优点受到了广泛关注。然而，硅在充放电过程中会表现出严重的体积效应，容易造成硅颗粒粉化和电极内部的导电网络的破坏，最终造成容量的锐减，也因此阻止了硅材料负极的发展。因此，很多人进行了纳米硅粉的包覆。

但是，现有技术的碳包覆纳米硅复合材料的制备方法，还存在以下不足，直接影响到碳包覆纳米硅复合材料在锂电池负极材料中的应用。如：1、硅的来源有的采用二氧化硅等，其容量相对不高；尤其是硅粉的球形度不高，且包覆物存在连体的情况，造成硅粉不能充分发挥其在负极中的作用，且包覆的碳结块多，包覆形状不规则，碳包覆硅的球形度差，降低了碳包覆纳米硅复合材料的比表面积，也降低了碳包覆纳米硅粉复合材料在锂电池负极材料中的性能。2、碳源有的采用秸秆海绵组织等碳化，碳为多孔材料，其力学性能相对差，石墨强度不高。3、有的采用球磨法，有的采用水热反应等，相对提高了生产成本，且工艺步骤相对复杂。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供制备出的碳包覆纳米硅复合材料球形度好、电池容量相对高、包覆的石墨强度高、包覆物分散性好，且制备工艺步骤相对简单的一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法。

本发明的技术解决方案是，提供一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将高分子和去离子水或蒸馏水按0.1-5:100的比例称重，超声波分散30-60min后，再采用弱酸将步骤1)溶液的PH调节至5-6.5，再将已调PH的溶液:CVD法制备出的单质硅的纳米硅粉:表面活性剂按100.1-105:0.01-2:0.01-0.5称重，再超声波分散60-120min；

2)将步骤1)超声波分散后的原料分散液加热至80-100℃，升温过程始终搅拌，持续60-120min；再将搅拌后的原料溶液在室温中继续进行搅拌，直至冷却至室温；再将冷却至室温的原料溶液放入离心管中，用离心机进行离心；洗涤；再将洗涤后的原料溶液加热使其干燥；

3)将步骤2)离心后的原料倒入浓度为70％-98％硫酸中碳化定型，再将碳化定型后的原料倒入离心管在离心机上进行离心；洗涤；再将洗涤后的原料加热使其干燥为半成品；

4)将步骤3)的半成品在炉内进一步碳化，得到碳包覆纳米硅复合材料成品。

采用以上步骤后，本发明一种碳包覆纳米硅复合材料的制备方法具有以下优点: