【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池负极材料，尤其涉及一种硅碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，随着便携式电子设备、电动汽车等的快速普及和发展，传统的石墨负极已经无法满足当前市场对于高能量密度和长循环寿命的需求，急需寻找下一代锂离子电池负极材料。相比于碳基负极材料，硅是一种合金化嵌锂材料，其理论嵌锂容量高达4200mah/g，且资源丰富、安全无毒，是最具有应用前景的锂离子电池负极材料。但是现有技术中硅在充放电过程中产生体积膨胀(～380％)，导致材料粉化、脱落等不良。因此需要对材料进行改性，缓冲其体积膨胀带来的负面影响，从而充分发挥活性材料的电化学性能，提高其循环稳定性是当前急需解决的课题。
技术实现思路
1、基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种硅碳负极材料及其制备方法。
2、本专利技术提出的一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、在常压高温、惰性气氛下，金属镁与氧化亚硅反应，得到初产物；初产物经过酸洗、水洗、干燥，得到的次级产物；将次级产物经过粉碎、分级、除磁后得到多孔硅负极材料；
4、s2、将多孔硅负极材料在沥青混合溶液中浸渍、搅拌、干燥、高温碳化得到硅碳基体复合材料；
5、s3、将硅碳基体复合材料进行气相沉积碳包覆、冷却、筛分，得到硅碳负极材料。
6、本专利技术首先采用较为温和的气固镁热还原法，会减小了反应放热量，控制了硅晶粒大小，避免氧化镁团聚成更大的颗粒以及副产物硅镁酸盐的增多，减轻材料
7、优选地，所述的s1中，金属镁在常压高温下得到镁蒸汽。
8、优选地，所述的s1中，高温温度为700～950℃。
9、优选地，所述的s1中，金属镁与氧化亚硅的质量比为(1～35)：(40～300)。
10、优选地，所述的s1中，酸洗采用的洗涤剂为质量分数为37％hcl溶液和49％hf溶液按照体积比(5～7)：1混合而成的混合溶液。
11、本专利技术酸洗采用的洗涤剂为混合酸不仅可以清洗掉反应后生成的mgo而且可以刻蚀相应的硅氧组分，以便得到较纯的多孔硅。
12、优选地，所述的s1中，氧化亚硅的平均粒度d50为1～10μm，金属镁的粒径大小为200～240目。
13、控制氧化亚硅的平均粒度、金属镁的粒径大小在一定范围内可以避免氧化镁团聚成更大的颗粒以及副产物硅镁酸盐的增多，减轻材料结构破坏，有利于后续选择性酸洗后维持均匀的纳米孔结构。
14、优选地，所述的s2中，沥青混合溶液为沥青/甲苯溶液，沥青混合溶液的制备方法包括：将石油沥青的溶解在15wt％甲苯中离心2～8min，取上清液与10wt％甲苯混合得到沥青/甲苯溶液。
15、沥青/甲苯溶液用于浸渍多孔硅，用碳来填充部分多孔硅孔隙，类似于纳米硅镶嵌在多孔碳网络的相同的结构，能缓解硅嵌锂产生的体积效应，碳材料同对纳米硅活性材料膨胀具有缓冲作用。
16、更优选地，所述的s2中，石油沥青、15wt％甲苯、10wt％甲苯的质量比为1：(4-6)：2。
17、优选地，所述的s2中，高温碳化包括在氩气气氛下600～800℃下碳化0.5～2h。
18、高温碳化的碳化温度、时间控制在一定范围内有助于碳化完全，使得碳填充部分多孔硅孔隙，缓解硅嵌锂产生的体积效应。
19、优选地，所述的s3中，气相沉积碳包覆包括将向硅碳基体复合材料转入cvd沉积炉中先通入氩气排空；再以q1进气速率通入氩气，以q2进气速率通入碳前驱体气体，以升温速率2～15℃/min升温至碳化温度为700～1300℃进行高温碳化。
20、本专利技术采用气相沉积碳包覆，达到外部均匀包覆碳层的目的，避免因活性材料与电解液接触而产生大量sei膜。
21、更优选地，所述的s3中，q1为0.05～1.2l/min；q2为2～10l/min。
22、通过控制氩气、碳前驱体气体的进气速率在一定范围内有助于使得外部碳层包覆均匀。
23、更优选地，所述的s3中，碳前驱体气体为甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、乙炔中的至少一种。
24、更优选地，所述的s3中，筛分为过325目筛，取筛下物。
25、本专利技术还提供了一种硅碳负极材料，由上述制备方法制备得到。
26、本专利技术的有益效果在于：
27、本专利技术首先采用较为温和的气固镁热还原法，会减小了反应放热量，控制了硅晶粒大小，避免氧化镁团聚成更大的颗粒以及副产物硅镁酸盐的增多，减轻材料结构破坏，有利于后续选择性酸洗后维持均匀的纳米孔结构；然后利用沥青/甲苯溶液浸渍多孔硅，用碳来填充部分多孔硅孔隙，类似于纳米硅镶嵌在多孔碳网络的相同的结构，能缓解硅嵌锂产生的体积效应，碳材料同对纳米硅活性材料膨胀具有缓冲作用；最后，采用气相沉积碳包覆层，达到外部均匀包覆碳层的目的，避免因活性材料与电解液接触而产生大量sei膜。整个工艺流程简单明了，易于实现，在电池性能测试中展现出了良好的物化性能和电化学性能，活性材料循环稳定性和首次充放电效率得到了很大提升。
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1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的S1中，酸洗采用的洗涤剂为质量分数为37％HCl溶液和49％HF溶液按照体积比(5～7)：1混合而成的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的S1中，氧化亚硅的平均粒度D50为1～10μm，金属镁的粒径大小为200～240目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的S2中，沥青混合溶液为沥青/甲苯溶液，沥青混合溶液的制备方法包括：将石油沥青的溶解在15wt％甲苯中离心2～8min，取上清液与10wt％甲苯混合得到沥青/甲苯溶液。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的S2中，高温碳化包括在氩气气氛下600～800℃下碳化0.5～2h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的S3中，气相沉积碳包覆包括将向硅碳基体复合材料转入CVD沉积炉中先通入氩气排空；再以Q1进气速率通入氩气，以Q2进气速率通入碳前驱体气体，以升温速率2～15℃/min升温至碳化
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，Q1为0.05～1.2L/min；Q2为2～10L/min。
8.一种硅碳负极材料，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的s1中，酸洗采用的洗涤剂为质量分数为37％hcl溶液和49％hf溶液按照体积比(5～7)：1混合而成的混合溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的s1中，氧化亚硅的平均粒度d50为1～10μm，金属镁的粒径大小为200～240目。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的s2中，沥青混合溶液为沥青/甲苯溶液，沥青混合溶液的制备方法包括：将石油沥青的溶解在15wt％甲苯中离心2～8min，取上清液与10wt％甲苯混合得到沥青/甲苯溶液。
【专利技术属性】
技术研发人员：张君，万文文，王辉，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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