[发明专利]一种碳包覆多孔硅硅铁合金复合负极材料及其制备、应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料，其为多孔颗粒结构，其粒径为0.5‑3μm。本发明公开了上述碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料制备方法，包括如下步骤：将硅铁粉末与聚丙烯腈混合，球磨，惰性气体中进行碳化，洗涤得到碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料。本发明公开了上述碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料的应用。本发明克服现有技术单独使用硅材料作为锂离子电池的负极材料时具有循环性能差的缺点，较充分地发挥硅基负极材料高容量的优势，为硅材料在脱嵌锂过程中的体积膨胀提供了缓冲空间，改善了硅材料的循环稳定性，而铁元素作为非晶碳的缓冲层和导电剂可以提高材料的导电性和结构的稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种碳包覆多孔硅硅铁合金复合负极材料及其制备、应用。

背景技术

近十年来，通过对新电极材料和新存储机理的开发研究。基于锂的可重复充电池技术得到了飞跃发展，电池性能不断提高。得益于纳米技术的不断探索发现传统电池材料存在的许多重难点问题有望得到解决。对于地球上蕴含量非常丰富的硅材料，作为锂离子电池负极材料具有非常高的理论克容量(4200mAh/g)，但是硅的电导率低，并且循环时会产生巨大的体积变化，使得材料的循环性能非常差，限制了硅材料在锂离子电池负极材料中的应用。对于新型的高容量电极材料而言，由于充放电过程中，大量的Li物质嵌入和脱嵌，发生巨大的体积变化。经过多次循环之后，活性颗粒和电极材料会开裂和破碎，影响电学传导，并造成容量降低，最终导致电池失效，大大缩短了电池的使用寿命。据报道，合金型负极材料的体积膨胀率中，Si为420％，Ge和Sn均为260％，P为300％。多孔类材料可为硅基材料在充放电过程中有效缓解体积膨胀效应，成为改善硅基材料的主要方法。研究表明，多相复合多孔硅基材料可改善硅材料的体积效应，同时更大程度地利用硅的理论容量，提高硅基材料的应用前景。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种碳包覆多孔硅硅铁合金复合负极材料及其制备、应用，克服现有技术单独使用硅材料作为锂离子电池的负极材料时具有循环性能差的缺点，较充分地发挥硅基负极材料高容量的优势，为硅材料在脱嵌锂过程中的体积膨胀提供了缓冲空间，改善了硅材料的循环稳定性，而铁元素作为非晶碳的缓冲层和导电剂可以提高材料的导电性和结构的稳定性。

本发明提出的一种碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料，其为多孔颗粒结构，其粒径为0.5-3μm。

本发明还提出的上述碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料制备方法，包括如下步骤：将硅铁粉末与聚丙烯腈混合，球磨，惰性气体中进行碳化，洗涤得到碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料。

优选地，硅铁粉末的粒径为0.1-1.0μm。

优选地，硅铁粉末与聚丙烯腈的重量比为4：0.25-0.5。

优选地，球磨速度为200-400rpm，球磨时间为10-12h。

优选地，碳化的具体操作如下：氩气条件下在管式炉中进行碳化，碳化温度为350-900℃，碳化时间为1-3h。

优选地，碳化过程中升温速度为5-10℃/min。

优选地，采用盐酸、去离子水和无水乙醇进行洗涤。

本发明还提出的上述碳包覆的多孔硅硅铁合金复合负极材料作为燃料电池的催化剂材料。