[发明专利]基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料及其制法和应用

权利要求书

1.一种基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备

(1)将硅钙合金、碳酸钙、熔盐原料烘干去除水分，其中，熔盐为氯化钙基熔盐或氯化钙-氯化镁基熔盐；

其中，所述的氯化钙基熔盐为氯化钙、氯化钙-氯化钠、氯化钙-氯化钾、氯化钙-氯化钠-氯化钾中的一种，其中，氯化钙基熔盐，氯化钙为主盐；

所述的氯化钙-氯化镁基熔盐为氯化钙-氯化镁、氯化钙-氯化镁-氯化钠、氯化钙-氯化镁-氯化钾、氯化钙-氯化镁-氯化钾-氯化钠中的一种，其中，氯化钙-氯化镁基熔盐中，氯化钙-氯化镁为主盐；

(2)在惰性气体保护下，按配比，将硅钙合金、烘干的碳酸钙、烘干的熔盐原料，研磨后，混合均匀，得到混合物料，密封；

其中，当熔盐为氯化钙基熔盐，按摩尔比，碳酸钙：硅钙合金中的CaSi₂=1：(2~2.5)；按摩尔比，氯化钙基熔盐中的氯化钙：硅钙合金中的CaSi₂≥5：1；

当熔盐为氯化钙-氯化镁基盐时，按摩尔比，碳酸钙：硅钙合金中的CaSi₂=1：(2.5~5)；按摩尔比，氯化钙-氯化镁基盐中的氯化钙：硅钙合金中的CaSi₂≥5：1，并且，按摩尔比，氯化钙-氯化镁基盐中，氯化钙：氯化镁≤5:3；

(3)将混合物料置于反应器中的内嵌坩埚中，密封反应器；

(4)向反应器内通入惰性气体，维持反应器惰性气氛，并保证反应器内为正压；通入惰性气体的同时，将反应器升温；

步骤2：合成

反应器升温至合成温度后，在合成温度恒温保温1~5h，反应得到熔盐体系；其中，合成温度为600-900℃；

步骤3：后处理

反应得到的熔盐体系，置于冷却容器中，冷却，磨碎、盐酸清洗去除盐、固液分离、固体产物水洗、烘干，得到硅基Si-C负极材料。

2.根据权利要求1所述的基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤1(1)中，熔盐去除水分的工艺为：将熔盐置于高温真空干燥炉中，在300~400℃，压力为-0.1MPa以下，干燥10～15h，除去吸附水和部分结晶水，得到干燥的熔盐原料。

3.根据权利要求1所述的基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，当反应器升温至合成温度，并恒温至熔盐融化为液态后，将搅拌桨插入熔盐中，在恒温反应过程中维持搅拌，搅拌桨转速v为0v≤700r/min。

4.一种基于碳酸钙制备的硅基Si -C负极材料，其特征在于，采用权利要求1或3所述的制备方法制得；当静态合成基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料时，产物颗粒粒径为5-50μm；当搅拌合成基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料时，产物颗粒粒径为50-500nm。

5.权利要求4所述的基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料的应用，其特征在于，将基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料用于作为锂离子电池负极材料。

6.一种负极材料，其特征在于，包括权利要求4所述的基于碳酸钙制备的硅基Si-C负极材料。

7.一种电极片，其特征在于，包括权利要求6所述的负极材料，所述的负极材料还包括粘结剂、导电剂和溶剂。

8.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7所述的电极片，静态合成的硅基Si-C负极材料，其首次充放电库伦效率76%~79%，首次放电达到2670~2900mAh/g；以0.1A·g^-1电流密度循环400圈，可逆循环比容量为1200~1350mAh/g；搅拌合成的硅基Si-C负极材料，其首次充放电库伦效率75%~78%，首次放电达到2710~2910mAh/g；以0.1A·g^-1电流密度循环500圈，可逆循环比容量为1200~1550mAh/g。