【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低膨胀率的硅碳负极材料及其制备方法和应用，属于新能源。
技术介绍
1、随着电动汽车、移动设备等领域的快速发展，对锂离子电池的需求不断增加。然而，传统的锂离子电池负极材料，如石墨，由于其较低的比容量和较高的体积膨胀率，已经无法满足现代设备的能量密度和循环寿命要求。因此，开发一种低膨胀率的硅碳负极材料成为了当前研究的热点。
2、硅碳负极材料具有高比容量和低成本等优点，但是其体积膨胀率较大，循环性能较差。为了解决这一问题，研究者们进行了大量的研究，提出了多种制备硅碳负极材料的方法。其中，机械球磨法是一种简单、高效的方法，可以制备出具有优异性能的硅碳负极材料。然而，传统的机械球磨法制备的硅碳负极材料仍然存在一些问题，如制备过程中容易引入杂质、材料的体积膨胀率较高、电化学性能较差等。
技术实现思路
1、为了克服现有
存在的上述技术问题，本专利技术的第一目的在于，提供一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法。
2、本专利技术的第二目的在于，提供一种低膨胀率的硅碳负极材料制品。
3、本专利技术的第三目的在于，提供一种低膨胀率的硅碳负极材料的应用。
4、本专利技术的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
5、本专利技术提供的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤（1）磷化钴的制备
7、s11取适量钴粉和红磷于球磨罐中；
8、s12选择适宜球磨介质，按照一定
9、s13将球磨后的钴粉和红磷转移至石英管中，在管式炉中，处于氩气的保护器下，于一定的升温速率升至适宜温度下，保温反应一段时间；
10、s14热处理完成后，让炉内混合物自然冷却至室温，然后将生成的磷化钴产物进行收集，将收集后的磷化钴产物用一定量乙醇进行洗涤，去除残余的杂质和反应副产物，随后烘干并干燥一段时间；
11、s15将干燥后的磷化钴进行研磨筛分得到合适粒度的磷化钴；
12、步骤（2）硅/碳复合材料的制备
13、s21将无定形硅和乙炔黑按一定的质量比分别放入丙三醇溶液中；
14、s22超声分散一定时间后，机械搅拌直至溶液成粘稠状．然后将无定形硅和乙炔黑的丙三醇溶液混合均匀；
15、s23将混合均匀的无定形硅/乙炔黑丙三醇溶液置于反应釜中，在反应体系中加入适量聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，充分搅拌之后并放置于电热恒温干燥箱，恒温条件下水热反应；
16、s24将水热反应后的无定形硅，乙炔黑样品中的丙三醇溶剂进行蒸发，直到丙三醇溶剂完全挥发后，将水热反应后的产物研磨成粉末，得到硅/碳复合材料；
17、步骤（3）低膨胀率硅碳负极材料的制备
18、s31取适量磷化钴和硅/碳复合材料于球磨罐中；
19、s32选择适宜球磨介质，按照一定的球料比，并球磨一段时间；
20、s33在球磨体系中加入适量磷酸二氢钾作为粘结剂，继续球磨一段时间；
21、s34球磨完成后，干燥一段时间，将干燥后的材料置于管式炉内进行高温热处理，处理一段时间后得到低膨胀率的硅碳负极材料。
22、本专利材料采用磷化钴和硅/碳复合材料作为原料，与传统的硅碳负极材料相比，该材料具有低膨胀率、高比容量、优异的循环性能和倍率性能等特点。该材料的制备方法简单、高效，可用于大规模生产。
23、作为优选，步骤（1）磷化钴的制备包含s11取5~12g钴粉和10~14g红磷于球磨罐中；s12选择刚玉为球磨介质，球料比为（2~5）：1，转速为100~200rpm，并球磨1~4h；s13将球磨后的钴粉和红磷转移至石英管中，在管式炉中，处于氩气的保护器下，以10~16℃/min升温速率升至620~700℃下，保温反应1~4h；s14热处理完成后，让炉内混合物自然冷却至室温，然后将生成的磷化钴产物进行收集，将收集后的磷化钴产物用20~100ml乙醇进行洗涤，去除残余的杂质和反应副产物，随后烘干并干燥2~5h；s15将干燥后的磷化钴进行研磨筛分得到20~50目的磷化钴粉末。
24、本方法中，在设计制备低膨胀率的硅碳负极材料时创造性的加入磷化钴粉末作为制备重要原料之一。由于磷化钴具有良好的导电性和稳定性，能够提高硅碳负极材料的电化学性能。在制备过程中，通过加入磷化钴，可以实现硅碳负极材料的高容量和稳定性；磷化钴的加入可以有效地降低硅碳负极材料的体积膨胀率。在充放电过程中，硅碳负极材料会发生体积变化，导致容量损失和电极结构破坏。而磷化钴可以有效地缓解这一现象，提高硅碳负极材料的循环性能；磷化钴具有优异的导电性能，可以提高硅碳负极材料的电导率。这有助于降低电极的内阻，提高电池的倍率性能和充放电效率。
25、作为优选，步骤（2）硅/碳复合材料的制备s21将无定形硅和乙炔黑按（2~4）：1的质量比分别放入10~16ml丙三醇溶液中；s22超声分散1~4h后，机械搅拌直至溶液成粘稠状．然后将无定形硅和乙炔黑的丙三醇溶液混合均匀；s23将混合均匀的无定形硅/乙炔黑丙三醇溶液置于30~50ml的反应釜中，在反应体系中加入0.2~0.8ml聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，充分搅拌之后并放置于电热恒温干燥箱，160~190℃恒温条件下水热反应；s24将水热反应后的无定形硅，乙炔黑样品中的丙三醇溶剂进行蒸发1~4h，直到丙三醇溶剂完全挥发后，将水热反应后的产物研磨成粉末，得到硅/碳复合材料。
26、本方法中，利用硅/碳复合材料结合了硅的高理论容量和碳的导电性和稳定性，能够制备出具有优异电化学性能的负极材料；此外硅/碳复合材料可以有效地缓解硅在充放电过程中的体积膨胀问题，提高电极的结构稳定性和循环寿命；本方法中利用水热反应来制备硅/碳复合材料，水热反应是一种能够在相对较低的温度和压力下实现高效反应的方法。通过水热反应制备硅/碳复合材料，可以降低能耗，同时得到具有较佳结晶度和结构致密的材料；利用水热反应制备硅/碳复合材料，可以得到成分均匀、结构稳定的产物，这对于提高硅碳负极材料的电化学性能至关重要。在水热反应中，加入了表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮能够通过其亲水基团与水分子结合，而疏水基团则趋向于与无定形硅和乙炔黑结合，这种作用可以增加两者的分散性，防止其在反应体系中发生团聚；且聚乙烯吡咯烷酮还能够作为反应的催化剂或促进剂，提高水热反应的速率和效率，通过与反应物之间的相互作用，聚乙烯吡咯烷酮可以促进硅/碳复合材料的形成和生长，并且可以对硅/碳复合材料的结构和形貌进行调控。
27、作为优选，步骤（3）低膨胀率硅碳负极材料的制备s31取1~2g磷化钴和5~8g硅/碳复合材料于球磨罐中；s32选择刚玉为球磨介质，球料比为（2~4）：1，转速为100~140rpm，并球磨1~2.5h；s33在球磨体系中加入0.5~1g磷酸二氢钾作为粘结剂，继续球磨1~2.5h；s34球磨完成后，干燥1~4h，将干燥后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）磷化钴的制备包含步骤：
3.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）硅/碳复合材料的制备包含步骤：
4.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）低膨胀率硅碳负极材料的制备包含步骤：S31取1~2g磷化钴和5~8g硅/碳复合材料于球磨罐中；
5.一种低膨胀率的硅碳负极材料制品，其特征在于：根据权利要求1-4任一项所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法制得。
6.一种负极片，其特征在于：所述负极片包括如权利要求5所述的低膨胀率的硅碳负极材料制品。
7.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池包括权利要求6所述的负极片。
8.一种电化学装置，其特征在于：所述电化学装置包括权利要求7所述的锂离子电池。
【技术特征摘要】
1.一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）磷化钴的制备包含步骤：
3.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）硅/碳复合材料的制备包含步骤：
4.根据权利要求1所述的一种低膨胀率的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）低膨胀率硅碳负极材料的制备包含步骤：s31取1~2g磷...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宁，邱小玉，薛宇峰，岳敏，
申请(专利权)人：碳一新能源杭州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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