【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，属于属于新能源材料。
技术介绍
1、现今锂离子电池的负极材料应用最多的是石墨，石墨负极材料具有嵌锂电位低、循环稳定性好等优点，但是石墨的理论比容量较低不能满足目前科技发展的需求。随着硅材料的发现，它成为石墨最有潜力的代替品之一。硅基材料在充放电过程中发生的是合金化反应，理论比容量高达4200mah·g-1，同时嵌锂电位还比较低。但是硅基材料在充放电过程中会产生体积膨胀，导致活性材料粉化，活性材料和集流体之间的电接触不良，从而导致固体电解质界面(sei)不稳定和严重的容量衰减，提高硅基负极材料的循环稳定性对于硅的实际应用至关重要。研究者们从硅基材料的结构方面，对硅基材料进行结构纳米化，多孔硅结构设计、碳包覆、和其他材料进行复合等多种方法来改善硅基材料的电化学性能。
2、但目前的硅基负极材料生产应用工艺存在问题严重限制了其商业化应用，复合后的负极材料在充放电过程中集流体脱落、团聚现象影响了锂离子电池的性能。操作简单、能耗小、不污染环境、且能大规模生产的合成方法也是影响硅基负极材料能否投入商业应用的关键。碳硅复合材料的制备多采用沥青、酚醛树脂、葡萄糖等高分子有机碳作为碳源，该工艺在制备过程中多使用有机粘合剂以达到较佳的复合效果(专利号：cn202310205375.0、cn202310117912.6)，但这些工艺在制备过程中易引入其他物质，除杂等问题亟待解决，且繁琐的制备工艺使其无法适用大规模生产。为解决上述问题，相关工作者作了大量研究，许多以无机大骨架
技术实现思路
1、为了发挥出硅基材料高比容量的优点，同时保持负极极片的循环稳定，本专利技术以木屑为前驱体，氢氧化钾为造孔剂，在氩气气氛炉中烧结的多孔硬碳材料，硬碳材料相对于石墨来说，有更高的理论比容量，同时硬碳材料结构稳定，循环性很好，可以在较低温下工作，原材料廉价易得，制作工艺简单，成本较低廉。
2、一种以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其制备方法具体包括如下步骤：
3、(1)将木屑和氢氧化钾粉末放入去离子水中(去离子水添加量无特殊要求，只需使氢氧化钾粉末完全溶解即可)，密封，搅拌，干燥，干燥物置于管式炉中，在氩气气氛下升温至煅烧温度后，煅烧，然后将煅烧得到的产物用盐酸浸泡后冲洗，最后干燥(此处干燥无特殊要求，只需使煅烧物表面水分挥发干即可)得到多孔硬碳材料。
4、(2)将纳米硅溶解于无水乙醇中(无水乙醇用量无特殊要求，只需使纳米硅完全溶解即可)，通过超声震荡配制为纳米硅溶液。
5、(3)将步骤(1)中得到的多孔硬碳材料加入步骤(2)得到的纳米硅溶液中，搅拌，干燥，得到si/多孔硬碳复合材料。
6、(4)称取步骤(5)得到的si/多孔硬碳复合材料作为活性物质，将活性物质、导电剂、粘结剂进行混合制浆，得到负极材料。
7、(5)将步骤(4)得到的负极材料通过涂布机涂布到集流体上，干燥，制得锂离子电池负极极片。
8、优选的，步骤(1)中木屑为白桦木屑。
9、优选的，步骤(1)中木屑和氢氧化钾质量比为1：1～1：3。
10、优选的，步骤(1)中所述第一次干燥温度为70℃～80℃，干燥时间为12h。
11、优选的，步骤(1)中搅拌时控制温度为70℃～80℃，搅拌时间为4h～8h；所述升温速率为5℃/min，煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为0.5～1h，盐酸浓度为0.1～1mol/l，浸泡时间为12～24h，所得多孔硬碳孔径为500nm～1μm之间。
12、优选的，步骤(2)中震荡时间为1～2h。
13、优选的，步骤(3)中纳米硅与孔硬碳质量比为5：2，搅拌时间为2～6h，干燥温度为70～80℃，干燥时间为：6～12h。
14、优选的，步骤(4)中所述导电剂为导电炭黑；粘结剂为分析用羧甲基纤维素与聚丙烯酰胺颗粒复合的复合粘结剂，其中羧甲基纤维素钠粉与聚丙烯酰胺颗粒的质量比为(1～4)：(4～1)；活性物质占负极材料的质量百分比为60％，导电剂与粘结剂各占负极材料的质量百分比为20％。
15、优选的，步骤(5)中所述负极材料在集流体上涂布的厚度为10微米，干燥温度为80℃，干燥时间为24h。
16、专利技术原理：木屑作为前驱体制作多孔碳的原因是树木易取材，分布广泛，树相比较酚醛树脂、沥青等物质来说，在很大程度上节约了制备的成本的同时还能作为优质的硬碳前驱体使用；在众多树木中，白桦木的优势最为明显，一个很重要原因是由于白桦木屑在koh溶液中浸泡后，纤维素碱化，破坏了纤维结构因而形成了孔通道，其形成的孔通道孔径大约在500nm～1μm之间，孔的大小和结构分布不均匀但小孔较多，相比较椰壳材料或稻壳材料等生物碳源烧制的硬碳来说，白桦木屑作为前驱体烧制成的多孔碳十分有利于纳米硅颗粒与多孔硬碳材料的结合，以达到缓解硅基材料在充放电过程中的体积效应，从而提高锂离子电池的循环稳定性。
17、本专利技术的有益效果
18、1.本专利技术中si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，原材料价格低廉，且操作简单，操作方便，杂质易去除，能实现规模化生产。
19、2.本专利技术中以木屑碳源对于传统石墨来说，有更高的理论比容量，同时硬碳材料结构稳定，循环性很好，可以在较低温下工作。
20、3.本专利技术中多孔硬碳可以使纳米颗粒均匀的嵌入在多孔硬碳的孔通道中，缓冲了硅颗粒在充放电过程中的体积膨胀。多孔硬碳的多孔结构缩短了锂离子的传输距离，同时硬碳还能提高电极极片的导电性。显著提高了锂离子电池的电化学性质，有很大的发展前景。
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1.一种以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：制备方法具体包括如下步骤：
2.据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中木屑为白桦木屑。
3.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中木屑和氢氧化钾质量比为1：1～1：3。
4.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述第一次干燥温度为70℃～80℃，干燥时间为12h。
5.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌时控制温度为70℃～80℃，搅拌时间为4h～8h；升温速率为5℃/min，煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为0.5～1h，盐酸浓度为0.1～1mol/L，浸泡时间为12～24h，所得多孔硬碳孔径为500nm～1μm之间。
6.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(2)中震荡时间为1～
7.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(3)中纳米硅与孔硬碳质量比为5：2，搅拌时间为2～6h，干燥温度为70～80℃，干燥时间为：6～12h。
8.根据权利要求1所述以Si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(4)中所述导电剂为导电炭黑；粘结剂为分析用羧甲基纤维素与聚丙烯酰胺颗粒复合的复合粘结剂，其中羧甲基纤维素钠粉与聚丙烯酰胺颗粒的质量比为(1～4):(4～1)；活性物质占负极材料的质量百分比为60％，导电剂与粘结剂各占负极材料的质量百分比为20％。
9.根据权利要求2所述锂离子电池负极Si/多孔硬碳复合材料制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述负极材料在集流体上涂布的厚度为10微米，干燥温度为75℃～80℃，干燥时间为24h。
...【技术特征摘要】
1.一种以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：制备方法具体包括如下步骤：
2.据权利要求1所述以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中木屑为白桦木屑。
3.根据权利要求1所述以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中木屑和氢氧化钾质量比为1：1～1：3。
4.根据权利要求1所述以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中所述第一次干燥温度为70℃～80℃，干燥时间为12h。
5.根据权利要求1所述以si/多孔硬碳复合制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于：步骤(1)中搅拌时控制温度为70℃～80℃，搅拌时间为4h～8h；升温速率为5℃/min，煅烧温度为700～900℃，煅烧时间为0.5～1h，盐酸浓度为0.1～1mol/l，浸泡时间为12～24h，所得多孔硬碳孔径为500nm～1μm之间。
【专利技术属性】
技术研发人员：杨银辉，李亚程，袁涛，张正富，陈晓雨，郭孟雨，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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