【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池材料，尤其涉及一种碳包覆硅基复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、当今电池技术的不断发展和进步对于能源存储和可再生资源的利用至关重要。氧化亚硅(sio)作为一种有潜力的负极材料，引起了广泛的研究兴趣。传统的锂离子电池负极材料如石墨在能量密度和容量方面存在一定的限制，而氧化亚硅具有较高的理论比容量和较低的价格，因此被认为是锂离子电池中的一种潜在替代材料。
2、氧化亚硅作为负极材料具有许多优势。首先，由于其较高的理论比容量(2600mah/g)，氧化亚硅可以提供更高的储能密度，使电池具备更长的续航时间。其次，氧化亚硅的价格相对较低，与传统的石墨材料相比具有较高的经济性。此外，氧化亚硅具有较好的化学稳定性，使其在电池领域有着广阔的应用前景。
3、然而，氧化亚硅材料在实际应用中还存在一些挑战。首先，氧化亚硅的电导率相对较低，导致电池的放电和充电速率较慢。其次，氧化亚硅在锂离子嵌入和脱嵌过程中容易发生体积膨胀，导致材料的断裂和失效。这些问题限制了氧化亚硅材料的实际应用，并且需要进一步的研究来解决。
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碳包覆硅基复合材料及其制备方法和应用。
2、本专利技术提出的一种碳包覆硅基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将锂源与氧化亚硅材料在溶剂中混合，然后蒸发去除溶剂，在保护气氛下高温烧结，得到氧化亚硅/锂硅酸盐前驱体；
4、s2、将所述氧
5、优选地，所述氧化亚硅材料的粒度d50为4～8μm；所述有机树脂为酚醛树脂、环氧树脂或其组合；所述锂源为一水氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种；所述溶剂为水、乙醇的至少一种。
6、优选地，所述锂源中的锂元素与氧化亚硅的摩尔比为(0.04～0.2)：1；优选地，所述锂源中的锂元素与氧化亚硅的摩尔比为(0.05～0.15)：1，具体可以是0.05:1，0.06:1,0.07:1，0.08:1，0.09:1,0.10:1,0.11:1,0.12:1，0.13:1,0.14:1,0.15:1。
7、优选地，s1中，高温烧结包括：以2～5℃/min的升温速率升温至450℃～550℃，保温0.5h～6h。
8、优选地，s1中，溶剂为水；优选地，s1中，氧化亚硅与溶剂的比例为1g：(0.5～1)ml。
9、优选地，s1中，蒸发去除溶剂的方法包括：先加热搅拌至浆状，然后在真空烘箱中干燥6h以上；优选地，加热搅拌的温度为80℃～100℃。
10、优选地，s2中，高温碳化包括：以2～5℃/min的升温速率升温至880℃～920℃，保温0.5h～6h。
11、优选地，s2中，溶剂为水；优选地，s2中，氧化亚硅/锂硅酸盐前驱体与溶剂的比例为1g：(0.5～1)ml。
12、优选地，s2中，蒸发去除溶剂的方法包括：先加热搅拌至浆状，然后在真空烘箱中干燥6h以上；优选地，加热搅拌的温度为80℃～100℃。
13、优选地，所述碳包覆硅基复合材料中的碳含量为3％～5％。
14、优选地，所述碳包覆硅基复合材料的粒度d50为4～8μm。
15、在本专利技术中，s1的高温烧结后，还可以包括常规的后处理步骤，例如清洗、干燥、研磨、过筛。
16、在本专利技术中，s2的高温碳化后，还可以包括常规的后处理步骤，例如清洗、干燥、研磨、过筛。
17、在本专利技术中，保护气氛是指非反应性气体气氛，所述非反应性气优选为氮气、氩气、氦气中的至少一种。
18、本专利技术还提出了一种碳包覆硅基复合材料，由所述的制备方法制得。
19、本专利技术还提出了所述的碳包覆硅基复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
20、本专利技术的有益效果如下：
21、本专利技术先采用液相混合后进行溶剂蒸发的方式将氧化亚硅材料与锂源液相混合，并通过高温烧结使氧化亚硅颗粒表面均匀分布一层锂硅酸盐前驱体；再将其与有机树脂液相混合，使其颗粒表面均匀包覆一层有机树脂，经过高温碳化工序后，氧化亚硅发生歧化反应得到硅和二氧化硅，外表面的树脂层碳化成石墨碳将硅/二氧化硅包覆在内，即碳包覆硅/二氧化硅/硅酸锂复合材料(si/sio2/li2si2o5)。首先，此种液相混合后溶剂蒸发的混合方式相对于粉末混合的方式更加均匀，使材料颗粒表面的包覆层更加均匀；其次，通过生成硅酸锂层和碳层双保护层后，可以有效抑制充放电过程的体积膨胀，而且石墨碳层可以增加复合材料的导电性，使复合材料具有优异的循环性能和倍率性能；另外，硅酸锂层的生成可以隔绝硅基复合材料和电解液之间的介面接触，避免了在首次嵌锂时进一步生成sei膜而消耗锂离子，从而使复合材料具有较高的首次充放电效率。最后，本专利技术提供的碳包覆硅基复合材料制备方法制备条件简单，安全并易于操作和产业化。
22、本专利技术的方法制备得到的碳包覆硅基复合材料可逆比容量可以达到906.13mah/g，首次充放电效率可以达到85.1％，80次充放电循环后容量保持率可以达到97.28％，具有较高的首次库伦效率以及优异的循环性能和倍率性能，而且本专利技术的方法在制备上流程简单，更是具有可产业化的特点。
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1.一种碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化亚硅材料的粒度D50为4～8μm；所述有机树脂为酚醛树脂、环氧树脂或其组合；所述锂源为一水氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述锂源中的锂元素与氧化亚硅的摩尔比为(0.04～0.2)：1。
4.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，高温烧结包括：以2～5℃/min的升温速率升温至450℃～550℃，保温0.5h～6h。
5.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，高温碳化包括：以2～5℃/min的升温速率升温至880℃～920℃，保温0.5h～6h。
6.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆硅基复合材料中的碳含量为3％～5％。
7.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳包覆硅基复合材
8.一种碳包覆硅基复合材料，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.权利要求8所述的碳包覆硅基复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化亚硅材料的粒度d50为4～8μm；所述有机树脂为酚醛树脂、环氧树脂或其组合；所述锂源为一水氢氧化锂、碳酸锂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述锂源中的锂元素与氧化亚硅的摩尔比为(0.04～0.2)：1。
4.根据权利要求1所述的碳包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，s1中，高温烧结包括：以2～5℃/min的升温速率升温至450℃～550℃，保温0.5h～6h。
...【专利技术属性】
技术研发人员：祝明元，何竹平，张家成，
申请(专利权)人：安徽中鼎精工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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