一种硅碳负极复合材料的制备方法技术

一种硅碳负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：先取多孔纳米硅溶于碱性溶液中接枝碱性基团，然后加入到硅烷偶联剂溶液中，碳化后得到硅碳前驱体，再通过电化学沉积法，在硅碳前驱体表面沉积锂盐，即得所述硅碳负极复合材料。本发明专利技术的制备方法通过化学法在多孔纳米硅表面沉积含氮的碳层降低阻抗及其提升包覆层的结合力，改善倍率和循环，并通过电化学法进行补锂提升材料的首次效率。行补锂提升材料的首次效率。行补锂提升材料的首次效率。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳负极复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种硅碳负极复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硅碳负极材料以其能量密度高、材料来源广泛而应用于高能量密度的锂离子电池，同时，硅碳负极材料三维的嵌锂方式，使其具备较好的充电能力。
[0003]目前硅碳负极材料在制备时，其包覆碳层主要是通过液相法/气相法对碳的裂解使其沉积在硅的表面，这样制备得到的硅碳负极材料电子导电性一般，阻抗较高，致使材料的首次效率和循环性能不高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种硅碳负极复合材料的制备方法，其通过化学法在硅表面沉积含氮的碳层降低材料的阻抗及包覆层的结合力，改善倍率和循环，并通过电化学法进行补锂提升材料的首次效率。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种硅碳负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：硅碳前驱体的制备：取多孔纳米硅溶于碱性溶液中接枝碱性基团，然后加入到硅烷偶联剂溶液中，分散均匀后过滤、碳化得到硅碳前驱体；锂盐的沉积：通过电化学沉积法，在硅碳前驱体表面沉积锂盐，即得所述硅碳负极复合材料。
[0006]进一步地，接枝碱性基团的步骤为：取多孔纳米硅加入碱性溶液中，搅拌均匀，在温度为100～200℃、压强为1～5Mpa条件下反应1～12h，之后过滤、真空干燥。
[0007]进一步地，所述碱性溶液的制备过程为：取碱性有机物溶解于有机溶剂中，浓度为（1～5）wt%。
[0008]进一步地，所述碱性有机物为三乙烯二胺、叔丁胺,甲胺、吗啉、哌嗪中的一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮或乙酸乙酯中的一种。
[0009]进一步地，所述硅烷偶联剂的浓度为（1～10）wt%。
[0010]进一步地，所述硅烷偶联剂为3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅、N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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巯丙基三甲氧基硅烷、γ
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（2，3
‑
环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
[0011]进一步地，多孔纳米硅采用以下方法制备：将硅基合金粉末置于氢氟酸溶液中，在搅拌状态下加入双氧水溶液，反应后过滤烘干，得多孔硅基粉末。
[0012]进一步地，所述硅基合金粉末为硅铁合金、硅铝合金、硅钡合金或硅锰合金粉末，硅的含量为（50～90）wt%。
[0013]进一步地，硅基合金与双氧水的质量比为100：（1～5）。
[0014]进一步地，所述电化学沉积过程为：以二氟硼酸里的碳酸二甲酯电解液为熔剂，以硅碳前驱体压制成块状结构为工作电极，以饱和甘汞为参比电极，采用循环伏安法、恒流法、恒压法中的一种进行电化学沉积，沉积时间为10～120min，电压范围为
‑
2～2V，扫描速度为0.1～5mV/s。
[0015]本专利技术的有益效果：1.本专利技术通过制备多孔纳米硅材料，并在多孔纳米硅表面生成羟基、羧基基团，使其多孔纳米硅材料上更容易接枝碱性基团，依靠化学键相连接，提升材料之间的结合力，之后通过偶联剂将碱性基团形成网络结构，碳化后在纳米硅表面形成致密度高含有氮的碳层，降低材料的阻抗，同时提高了所形成碳层的各项同性，提升了材料的循环性能。
[0016]2.本专利技术通过电化学沉积法在硅碳复合材料表面沉积锂盐化合物，降低了材料的不可逆容量，提升了材料的首次效率，同时，依靠其材料中沉积的锂盐，使其充放电过程中提供充足的锂离子，提升了材料的循环性能。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备出的硅碳负极复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0019]实施例11）多孔纳米硅的制备：将100g硅铁合金粉末置于1000ml,20%氢氟酸溶液中，在搅拌状态下加入3ml双氧水溶液，反应24h后过滤烘干，得多孔纳米硅粉末。
[0020]2）硅碳前驱体的制备：将3g三乙烯二胺溶解于100ml甲醇有机溶剂中配置成质量浓度为3wt%的碱性溶液，之后添加100g多孔纳米硅粉末，搅拌均匀，并在高压反应釜中，控制温度为150℃，压强为3Mpa，反应6h，之后过滤、80℃真空干燥24h、得到前驱体材料A，之后添加到质量浓度为100ml，5wt%的3
‑
氨丙基三甲氧基硅烷溶液中进行化学反应，喷雾干燥，800℃碳化6h，得到硅碳前驱体。
[0021]3）锂盐的沉积：采用循环伏安法（电压范围
‑
2～2V，扫描速度1mV/s），以二氟硼酸里的碳酸二甲酯电解液为溶剂，以硅碳前驱体压制成块状结构为工作电极，饱和甘汞为参比电极，扫描时间60min，之后采用0.1mol/L的HCl清洗，得到硅碳负极复合材料，其SEM图如图1所示。
[0022]实施例21）多孔纳米硅的制备：将100g硅铝合金粉末置于1000ml，20wt%氢氟酸溶液中，在搅拌状态下加入1ml双氧水溶液，反应后过滤烘干，得多孔纳米硅粉末；2）硅碳前驱体的制备：
将1g叔丁胺溶解于100ml丙酮有机溶剂中配置成质量浓度为1wt%的碱性溶液；之后添加100g多孔纳米硅粉末，搅拌均匀，并在高压反应釜中，温度为100℃，压强为5Mpa，时间1h进行反应，之后过滤、80℃真空干燥24h、得到前驱体材料A，之后添加到质量浓度为100ml，1wt%的N
‑
β（氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷溶液中进行化学反应，喷雾干燥，800℃碳化6h，得到硅碳前驱体；3）锂盐的沉积：采用循环伏安法（电压范围
‑
2～2V，扫描速度0.1mV/s），以二氟硼酸里的碳酸二甲酯电解液为溶剂，以硅碳前驱体压制成块状结构为工作电极，饱和甘汞为参比电极，沉积时间10min，得到硅碳负极复合材料。
[0023]实施例31）多孔纳米硅的制备：将100g硅锰合金粉末置于1000ml，20wt%氢氟酸溶液中，在搅拌状态下加入5ml双氧水溶液，反应后过滤烘干，得多孔纳米硅粉末。
[0024]2）硅碳前驱体的制备：将5ml甲胺溶解于100ml乙酸乙酯有机溶剂中配置成质量浓度为5wt%的碱性溶液；之后添加100g多孔纳米硅粉末，搅拌均匀，并在高压反应釜中，温度为200℃，压强为1Mpa，时间12h进行反应，之后过滤、80℃真空干燥24h、得到前驱体材料A，之后添加100ml，10wt%的γ
‑
巯丙基三甲氧基硅烷溶液中进行化学反应，喷雾干燥，800℃碳化6h，得到硅碳前驱体。
[0025]3）锂盐的沉积：采用循环伏安法（电压范围
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：硅碳前驱体的制备：取多孔纳米硅溶于碱性溶液中接枝碱性基团，然后加入到硅烷偶联剂溶液中，分散均匀后过滤、碳化得到硅碳前驱体；锂盐的沉积：通过电化学沉积法，在硅碳前驱体表面沉积锂盐，即得所述硅碳负极复合材料。2.如权利要求1所述的一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于，接枝碱性基团的步骤为：取多孔纳米硅加入碱性溶液中，搅拌均匀，在温度为100～200℃、压强为1～5Mpa条件下反应1～12h，之后过滤、真空干燥。3.如权利要求1所述的一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的制备过程为：取碱性有机物溶解于有机溶剂中，浓度为1～5wt%。4.如权利要求3所述的一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述碱性有机物为三乙烯二胺、叔丁胺,甲胺、吗啉、哌嗪中的一种；所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮或乙酸乙酯中的一种。5.如权利要求1所述的一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的浓度为1～10wt%。6.如权利要求1所述的一种硅碳负极复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三乙氧基硅、N
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β（氨乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建举，贺霄飞，
申请(专利权)人：洛阳联创锂能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：