【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料，具体而言，涉及一种纳米硅碳负极前驱体的制备方法和纳米硅碳负极材料。
技术介绍
1、目前锂离子电池负极材料主要是石墨，因其理论比容量较低为372mah/g，阻碍了锂离子电池比容量的进一步提高。硅基负极具有极高的理论比容量(纯硅负极为4200mah/g，是石墨类材料的11倍)，且具有较低的嵌锂电位(低于0.4v)，是极具潜力和发展前景的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。
2、但是硅基负极材料的应用仍存在以下问题：①硅嵌锂时体积膨胀率高(约300％)，易造成材料破碎、粉化，使硅负极材料的循环稳定性差；②硅材料导电性能较差。
3、针对上述问题，解决方式主要包括：①降低硅材料的粒径，制备粒径小于100nm的纳米硅；②使用导电性好、体积膨胀率低的碳材料作为包覆层，制备核壳结构的纳米硅碳负极材料，提高硅碳负极材料的循环稳定性和导电性。
4、目前纳米硅碳负极材料制备工艺主要采用化学气相沉积法(cvd)。材料的整体制备时间在10h以上，周期长、能耗高；且cvd法设备投资大，工艺复杂，成本较高。
5、鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种纳米硅碳负极前驱体的制备方法和纳米硅碳负极材料，以解决或改善上述技术问题。
2、本专利技术是这样实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其包括：
4、将有机碳源和硅源混合，得到混合粉
5、将所述混合粉体经铝热剂点燃，引发所述混合粉体发生氧化还原反应，得到负极前驱体。
6、在可选的实施方式中，所述铝热剂占所述混合粉体的质量分数为1％-5％；
7、和/或，所述铝热剂包括质量比为(0.1～0.5):1的铝粉和三氧化二铁粉末。
8、在可选的实施方式中，所述点燃的方法包括：将镁条插入所述铝热剂中，点燃所述镁条引燃所述铝热剂，引发所述混合粉体发生氧化还原反应；
9、优选地，所述氧化还原反应于密闭或半密闭容器中进行；
10、优选地，所述容器设置有用于放置所述铝热剂的凹槽和用于铺展所述混合粉体的平面，所述平面环设连接于所述凹槽的侧壁，所述铝热剂与所述混合粉体在所述凹槽的末端相互接触；
11、优选地，利用脉冲点火器点燃所述镁条。
12、在可选的实施方式中，所述混合粉体中所述有机碳源与所述硅源的质量比为(0.5～2):1；
13、和/或，所述有机碳源为聚合物，所述聚合物的单体包括由乙烯、丙烯、醋酸乙烯、乙烯醇和乙二醇中的至少一种；
14、和/或，所述有机碳源的粒径为1μm～70μm，优选为1μm～2μm；
15、和/或，所述硅源包括微米硅、纳米硅和碳化硅中的至少一种；
16、和/或，所述硅源的粒径为200nm～3μm，优选为600nm～800nm。
17、在可选的实施方式中，所述聚合物包括所述单体组成的均聚物或共聚物中的一种或多种；
18、优选地，所述共聚物包括乙烯-丙烯共聚物和乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种；
19、优选地，所述乙烯-丙烯共聚物的分子式为(ch2ch2-ch3chch2)m或(ch2ch2)a(ch2chch2)b，其中，m的范围为200～1000，a:b的范围为(4～10):1；
20、优选地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的分子式为(ch2ch2-ch2chcooch3)m或(ch2ch2)a(ch2chcooch3)b，其中，m的范围为300～800，a:b的范围为(2～6):1。
21、在可选的实施方式中，在混合所述有机碳源与所述硅源时，还包括加入分散剂；
22、优选地，所述混合粉体中所述有机碳源和所述硅源的总质量分数为97％～99.5％，所述分散剂的质量分数为0.5％～3％；
23、优选地，所述分散剂包括pe蜡粉、聚丙烯酸酯、磺酸盐和羟乙基纤维素中的至少一种。
24、在可选的实施方式中，所述混合包括搅拌、球磨和研磨中的至少一种；
25、优选地，所述球磨的转速为300～800rpm，球磨时间1～10h。
26、第二方面，本专利技术提供了一种纳米硅碳负极材料，其采用如前述实施方式任一项所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法制备获得的纳米硅碳负极前驱体经后处理制备获得。
27、在可选的实施方式中，所述后处理包括将所述纳米硅碳负极前驱体进行酸洗、洗涤和干燥；
28、优选地，所述酸洗包括采用浓度为0.5～1.5mol/l的酸洗液进行洗涤；
29、优选地，所述酸洗液包括盐酸、硫酸或硝酸中的至少一种；
30、和/或，所述洗涤包括采用乙醇-水溶液进行洗涤，所述乙醇-水溶液中乙醇和水的质量比为(0.5～2):1；
31、和/或，所述干燥的温度为50～80℃，干燥时间为3～6h。
32、在可选的实施方式中，所述纳米硅碳负极材料的粒径为20nm～1μm，优选为100nm～700nm，更优选为200nm～500nm。
33、本专利技术具有以下有益效果：
34、本专利技术提供的纳米硅碳负极前驱体的制备方法通过将有机碳源和硅源混合，实现混合粉体的均匀分散，再以混合粉体作为反应物，利用铝热剂的燃烧提供热量，当燃烧温度达到反应阈值条件时，有机碳源与硅源发生剧烈的氧化还原反应，生成碳壳，同时燃烧释放的能量使得未反应的硅源颗粒在高温下裂解和破碎形成纳米硅，得到了纳米硅碳负极前驱体，简化了工艺。此外，有机碳源与硅源发生自蔓延反应时，生成的硅碳材料快速喷射到该空间中，使得铝热剂燃烧产生的氧化铝颗粒与硅碳材料发生摩擦和碰撞，这个过程中，氧化铝对包覆碳层外表面具有界面修饰和整形效果，提高了碳层外表面的不平整性，制成极片后，提高了碳层外表面与其他物料的接触面积，提升了极片的电性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述铝热剂占所述混合粉体的质量分数为1％-5％；
3.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述点燃的方法包括：将镁条插入所述铝热剂中，点燃所述镁条引燃所述铝热剂，引发所述混合粉体发生氧化还原反应；
4.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述混合粉体中所述有机碳源与所述硅源的质量比为(0.5～2):1；
5.根据权利要求4所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括所述单体组成的均聚物或共聚物中的一种或多种；
6.根据权利要求1-5任一项所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，在混合所述有机碳源与所述硅源时，还包括加入分散剂；
7.根据权利要求1-5任一项所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述混合包括搅拌、球磨和研磨中的至少一种；
8.一种纳米硅碳负极材料，其特征在于，其采用如权利要
9.根据权利要求8所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述后处理包括将所述纳米硅碳负极前驱体进行酸洗、洗涤和干燥；
10.根据权利要求8-9任一项所述的纳米硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅碳负极材料的粒径为20nm～1μm，优选为100nm～700nm，更优选为200nm～500nm。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述铝热剂占所述混合粉体的质量分数为1％-5％；
3.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述点燃的方法包括：将镁条插入所述铝热剂中，点燃所述镁条引燃所述铝热剂，引发所述混合粉体发生氧化还原反应；
4.根据权利要求1所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述混合粉体中所述有机碳源与所述硅源的质量比为(0.5～2):1；
5.根据权利要求4所述的纳米硅碳负极前驱体的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括所述单体组成的均聚物或共聚物中的一种或多种；
6.根据权利要求1-5任一项所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘昭，杨敏，
申请(专利权)人：四川华宜清创新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。