[发明专利]一种微米级石榴状硅碳负极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种微米级石榴状硅碳负极材料的制备方法及其应用，包括如下步骤：S1、将葡萄糖溶于去离子水中，超声使其完全的溶解，加入适量的酸化多壁碳纳米管MWCNT和硅粉并充分地搅拌分散；S2、将上述的混合溶液与磁子转移到水热反应釜中，水热反应釜置于油浴锅中进行恒温反应，并且维持整个过程的充分地搅拌；S3、将所得的产物依次经过离心、洗涤、煅烧碳化、高压干燥及高能机械研磨获得微米级石榴状硅碳负极材料。本发明通过降低纳米材料的比表面积及提高二次颗粒内部的电子传输能力，同时又能起到吸收硅颗粒体积膨胀的作用，从而维持整个充放电过程中SEI膜的稳定，提高了电池材料的容量和循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池新型负极材料领域，具体涉及一种微米级石榴状硅碳负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

硅纳米材料作为锂离子电池负极材料具有良好的性能，是新一代高比能量锂离子电池中代替石墨负极最富潜力的材料之一。与此同时，随着能源的枯竭以及全球经济形势，国家政策的改变，制备髙效的硅基电极材料尤为重要。目前常用的锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂等材料，负极则多选用石墨等材料，其理论能量密度约为160Wh/Kg。经过多年的技术积淀，比亚迪、国轩高科等公司的磷酸亚铁锂单体电池能量密度已经逼近了理论值，能量的提升已至尽头。因此，在新的电化学储能体系以及新的电池技术出现并走向成熟前，寻找具有更高比容量的正负极材料以代替传统锂电池中的磷酸铁锂和石墨是提升电池能量密度的关键。

负极材料是锂离子电池的主要材料之一，现阶段主要应用的负极材料是石墨类材料，理论极限比容量为372mAh/g，这已远远不能满足日益提高的能量密度要求。由于硅具有较高的理论容量4200mAh/g，硅基负极材料自发现来便受到学术界和产业界的广泛关注，其主要缺陷为在充放电过程中体积变化较大，导致循环性能较差。目前，研究者们在硅基负极材料的合成、稳定性及成本等领域做了大量的研究。2015年，加拿大滑铁卢大学陈中伟教授以碳纳米管、氧化石墨烯作为碳源，以纳米硅作为硅源，通过自组装及冷冻干燥过程获得具有 “海绵”结构的硅碳复合材料，然后在高温管式炉中通入氢气还原并适度地碳化以提高材料的石墨化程度，得到具有较理想电池性能的硅碳负极材料。然而，通过该方法制备上述材料具有诸多的限制，尤其是石墨烯作为一种高价碳源，大量地使用将提高负极材料的生产成本。类似地，美国斯坦福大学崔毅教授等通过硬模版法获得了一种具有一维结构的Si@SiO_x纳米材料，其中材料的内壁是Si，外壁为SiO_x，能够阻止电解液的进入及缓解材料在充放电过程中的体积变化，因此作为锂离子电池负极材料表现出长时间的循环稳定性。然而，此种方法同样具有不少的局限性，操作过程复杂，同时聚丙烯晴的大量使用也将会增加材料的成本，因此难以实现规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种微米级石榴状硅碳负极材料的制备方法及其应用，本发明通过降低纳米材料的比表面积及提高二次颗粒内部的电子传输能力，同时又能起到吸收硅颗粒体积膨胀的作用，从而维持整个充放电过程中SEI膜的稳定，提高了电池材料的容量和循环稳定性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种微米级石榴状硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将葡萄糖溶于去离子水中，超声使其完全溶解，加入适量的酸化多壁碳纳米管MWCNT和硅粉并充分地搅拌分散；

S2、将上述的混合溶液与磁子转移到水热反应釜中，水热反应釜置于油浴锅中进行恒温反应，并且维持整个过程的充分地搅拌；

S3、将所得的产物依次经过离心、洗涤、煅烧碳化、高压干燥及高能机械研磨获得微米级石榴状硅碳负极材料。