一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术适用于锂离子电池技术领域，提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：对含沙废料进行两次筛选，得到粗沙颗粒；对所述粗沙颗粒进行球磨处理，得到细沙颗粒；将所述细沙颗粒溶解于葡萄糖水溶液中，水热反应1.5h‑3.5h，水洗后得到前驱体；将所述前驱体在650℃‑750℃的惰性气氛中煅烧1.5h‑2.5h，用HCL溶液洗涤后得到硅碳复合材料。本发明专利技术提供了一种碳包覆层均匀的、充放电特性好和比容量高的硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池。
技术介绍
现如今，越来越多的人关注新能源材料，锂离子电池工作电压高、比能量高、容量大、自放电小、循环性好、使用寿命长、重量轻、体积小，作为一种重要能量源在交通运输、电子通讯等领域被大范围的使用，有着广泛的应用前景。锂离子电池的主要构造有正极、负极、能传导锂离子的电解质以及把正负极隔开的隔离膜。负极材料作为锂离子电池的主要组件构成之一，其作用不可或缺。硅由于理论比容量高(4200mAh/g)、储量丰富，来源广泛以及价格低廉等优点，在锂离子电池中具有广泛的应用。然而，在电化学的脱/嵌锂过程中，硅通常产生严重的体积膨胀率(370％)，致使集流体与活性材料之间的接触变差，同时硅也容易发生粉化，结果导致电极材料容量及电池循环性能崩塌式衰减。此外，硅本身的电导率较低以及与常规电解液匹配性程度较差也制约着硅在锂电池中的进一步应用。目前更多的研究者采取复合法制备硅基复合材料来提高硅的循环性，而取得成效的是对硅表面进行碳包覆所制得硅碳复合材料。碳包覆技术是解决硅基负极所存问题的主要方法之一。现如今对碳包覆硅颗粒主要采用高温烧结方法获得，但由于高温烧结得到的碳包覆层的均匀性差，从而能导致得到的碳包覆颗粒在电化学性能在实际用中有所欠缺。T.Shen等人在(JournalofMaterialsChemistryA,5(22)(2017),11197-11203)中所述，将所得前驱体材料在氩气气氛中800℃煅烧2h，通过透射电子显微镜测试结果可见，硅颗粒上的无定型碳包覆层厚度为5nm，且包覆厚度不均匀，所得到的碳包覆硅颗粒在0.1A/g时的首圈可逆容量为706mA·h/g。Q.Pan等人在(JournalofAlloysandCompounds,5(723)(2017),434-440)中所述，将所得材料在氩氢混合的烧结气氛中800℃下煅烧4h，得到被厚度为5nm左右的无序碳结构包覆的硅颗粒，在0.1A/g时充电比容量为1700mA·h/g。综上所述，现有技术存在的技术问题为：现有技术中的碳包覆硅颗粒主要采用高温烧结方法获得，但由于高温烧结得到的碳包覆层均匀性较差，从而能导致得到的碳包覆硅颗粒在电化学性能在实际用中有所欠缺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种碳包覆层均匀的、充放电特性好和比容量高的硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池。本专利技术提供一种硅碳复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤S10：对含沙废料进行两次筛选，得到粗沙颗粒；步骤S20：对所述粗沙颗粒进行球磨处理，得到细沙颗粒；步骤S30：将所述细沙颗粒溶解于葡萄糖水溶液中，水热反应1.5h-3.5h，水洗后得到前驱体；步骤S40：将所述前驱体在650℃-750℃的惰性气氛中煅烧1.5h-2.5h，用HCL溶液洗涤后得到硅碳复合材料。进一步的，步骤S10中，所述含沙废料的含沙量≥80％，所述两次筛选分别为一次粗筛和二次细筛。进一步的，所述粗沙颗粒为粒径均一的微米级颗粒。进一步的，步骤S20中，所述球磨处理的时间为8h-15h，速度为100rpm-300rpm。进一步的，步骤S30中，所述葡萄糖水溶液的浓度为20wt％-35wt％。进一步的，步骤S30中，所述水热反应在水热反应釜中进行，所述水热反应温度为180℃-220℃。进一步的，步骤S40中，所述惰性气体为含氩氢混合气。进一步的，步骤S40中，所述HCL溶液的浓度为5.0mol/L-8.0mol/L。本专利技术还提供了一种硅基负极材料，由上述技术方案所述的硅碳复合材料的制备方法制备得到。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液。进一步的，所述负极包括上述技术方案所述的硅基负极材料。综上所述，本专利技术至少具有如下技术效果：1.本专利技术通过分解葡萄糖形成表面带有含氧官能团的碳球，含氧官能团中的氧原子与二氧化硅中的硅原子通过静电吸附作用形成稳定的硅氧共价键，从而在硅颗粒表面形成一层均匀的包覆碳；2.本专利技术的硅碳复合材料中含有稳定的共价键，使得碳与硅的结合更加稳定且均匀，显著增强了硅材料的电子传导能力，提高了硅碳复合材料的充放电特性和比容量，比容量达到1800mA·h/g-2000mA·h/g。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术中硅碳复合材料的制备方法的流程示意图。具体实施方式以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本专利技术的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本专利技术，其仅作为例子，而并非用以限制本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本专利技术提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S10：对含沙废料进行两次筛选，得到粗沙颗粒；步骤S20：对所述粗沙颗粒进行球磨处理，得到细沙颗粒；步骤S30：将所述细沙颗粒溶解于葡萄糖水溶液中，水热反应1.5h-3.5h，水洗后得到前驱体；步骤S40：将所述前驱体在650℃-750℃的惰性气氛中煅烧1.5h-2.5h，用HCL溶液洗涤后得到硅碳复合材料。本专利技术通过在650℃-750℃分解葡萄糖，使硅微米颗粒表面表面形成一层均匀的碳包覆层，得到表面带有含氧官能团(羟基或羧基)的碳球，含氧官能团中的氧原子与二氧化硅中的硅原子通过静电吸附作用形成稳定的硅氧共价键，从而是的硅微米颗粒表面的碳包覆层更加均匀和稳定，进而显著增强了硅材料的电子传导能力。在本专利技术中，所述含沙废料的含沙量≥80％，所述两次筛选分别为一次粗筛和二次细筛。所述含沙废料优选为泥沙、工地废沙、河流泥沙中的任意一种或多种，两次筛选能充分筛除含沙废料的杂质，获得微米级的硅颗粒。在本专利技术中，所述粗沙颗粒为粒径均一的微米级颗粒。在本专利技术中，所述球磨处理的时间为8h-15h，速度为100rpm-300rpm。在本专利技术中，所述葡萄糖水溶液的浓度为20wt％-35wt％。在本专利技术中，所述水热反应在水热反应釜中进行，所述水热反应温度为180℃-220℃。在本专利技术中，所述惰性气体为含氩氢混合气。在本专利技术中，所述HCL溶液的浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤S10：对含沙废料进行两次筛选，得到粗沙颗粒；/n步骤S20：对所述粗沙颗粒进行球磨处理，得到细沙颗粒；/n步骤S30：将所述细沙颗粒溶解于葡萄糖水溶液中，水热反应1.5h-3.5h，水洗后得到前驱体；/n步骤S40：将所述前驱体在650℃-750℃的惰性气氛中煅烧1.5h-2.5h，用HCL溶液洗涤后得到硅碳复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S10：对含沙废料进行两次筛选，得到粗沙颗粒；
步骤S20：对所述粗沙颗粒进行球磨处理，得到细沙颗粒；
步骤S30：将所述细沙颗粒溶解于葡萄糖水溶液中，水热反应1.5h-3.5h，水洗后得到前驱体；
步骤S40：将所述前驱体在650℃-750℃的惰性气氛中煅烧1.5h-2.5h，用HCL溶液洗涤后得到硅碳复合材料。


2.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述含沙废料的含沙量≥80％，所述两次筛选分别为一次粗筛和二次细筛。


3.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述粗沙颗粒为粒径均一的微米级颗粒。


4.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述球磨处理的时间为8h-15h，速度为100rpm-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：金凤，吴树根，欧俊科，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：四川;51