[发明专利]一种动力电池所用高容量硅碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合负极材料及其制备方法，涉及电池材料制备领域，尤其涉入锂离子电池的负极材料领域，其特征是：按比例采用二氧化硅微米球、沥青制备成二氧化硅/中空碳球，二氧化硅微米球采用二氧化硅纳米球、去离子水、十六烷基三甲基溴化铵、无水乙醇、浓氨水、正硅酸乙酯制备而成：二氧化硅纳米球采用无水乙醇、浓氨水、去离子水、正硅酸乙酯制备而成；本发明解决了目前硅碳负极膨胀率高、首次效率低等方面存在的不足的问题，制备出微米级二氧化硅中空碳球，具有克容量高、首次效率高及其循环性能优异的特点。

技术领域

本发明涉及电池材料制备领域，尤其涉入锂离子电池的负极材料领域。

背景技术

石墨负极材料是组成锂离子电池的关键材料，并以其循环性能好、稳定性强、价格低廉及其与电解液相容性高等优点而成为负极材料的首要选择，但是为了满足市场对高能量密度电池的需求，目前的负极材料在克容量、倍率性能等参数已经无法满足市场化锂离子电池对负极材料的要求，因此开发出高容量的负极材料显得非常紧迫，而目前的高容量负极材料而又以硅碳负极材料技术相对成熟，但是硅碳负极由于在充放电过程中体积膨胀较大，造成其循环性能下降较快。针对硅碳负极存在的缺点，国内研究者主要通过硅材料表面包覆等措施降低硅材料的膨胀，比如专利(CN105118974 A)提供了一种硅基负极材料及其制备方法，其由于引入碳纳米纤维制降低硅纳米颗粒的体积膨胀，避免了硅颗粒破碎和SEI膜重复生成的现象，提高了负极材料的机械强度，但是其存在膨胀率高、制备过程复杂、稳定性差、工艺复杂及其难以产业化。而中空碳球以其比表面积大，密度小，热稳定性好，力学强度高，导电性优良等优点，而应用于锂离子电池、超级电容器等领域，如包覆在硅材料表面不但可以降低材料的膨胀率，而且又可以提高其导电性，应用在负极材料改性领域则是一种不错的选择。

发明内容

本发明一种动力电池所用高容量硅碳负极材料及其制备方法，解决了目前硅碳负极膨胀率高、首次效率低等方面存在的不足的问题，制备出微米级二氧化硅/中空碳球复合材料，具有克容量高、首次效率高及其循环性能优异的特点。

一种动力电池所用高容量硅碳负极材料，是按比例采用200～500g二氧化硅微米球、200～1000g沥青制备成二氧化硅/中空碳球复合材料，

所述的二氧化硅微米球采用以下材料按比例制备而成：100～300mg二氧化硅纳米球、40～80ml去离子水、120～360mg十六烷基三甲基溴化铵、20～30ml无水乙醇、0.5～2ml浓氨水、0.5～1ml正硅酸乙酯；

所述的二氧化硅纳米球采用以下材料按比例制备而成：50～150ml无水乙醇、4～8ml浓度为25％的氨水、1～3ml去离子水、1～5ml的正硅酸乙酯TEOS。

制备过程为：

步骤①二氧化硅纳米球的制备：

取50～150ml无水乙醇、4～8ml浓度为25％的氨水和1～3ml去离子水，混合均匀后，在搅拌的状态下加入1～5ml的正硅酸乙酯TEOS，室温搅拌6h，用去离子水和无水乙醇分别对沉淀物进行离心洗涤，所得二氧化硅球在90℃烘箱内烘干得到二氧化硅纳米球

步骤②二氧化硅微米球的制备：

取步骤①所制100～300mg二氧化硅纳米球分散到40～80ml去离子水中超声0.5～2h，再分别加入120～360mg十六烷基三甲基溴化铵CTAB搅拌20～60min、之后添加20～30ml的无水乙醇和0.5～2ml浓氨水搅拌10min，最后加入0.5～1ml正硅酸乙酯，室温搅拌6h，抽滤，用去离子水和无水乙醇对沉淀物进行离心洗涤，在烘箱内90℃烘干，得到球形二氧化硅微米球；

步骤③硅/中空碳球前驱材料的制备：