[发明专利]一种碳包覆硅的复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碳包覆硅的复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)将含有硅合金粉的原料制成纳米颗粒；b)去除所述纳米颗粒中的含有硅合金粉的原料中的非硅元素，得到含硅纳米颗粒；c)将所述含硅纳米颗粒包覆碳层，得到所述碳包覆的复合材料。该方法以硅合金为原料，机械砂磨使得硅铝合金颗粒尺寸达到纳米级别，再通过无机酸腐蚀去铝得到硅颗粒，最后使用有机物包覆后高温碳化，得到碳包覆的硅颗粒作为锂离子电池负极。电化学测试显示出较高的比容量和优异的循环稳定性。本发明所制备硅碳材料具有制备、经济等优点，可用于高容量锂离子电池的大规模生产。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种长寿命、高容量、高稳定性的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法和用途。

背景技术

可充电式电池已经广泛的应用于各种电子设备。目前，商业化的锂离子电池在市场上占据主导地位。但是，由于电动汽车及大规模储电发展，目前商业化锂离子电池负极为石墨类材料(理论比容量372mAh/g)，已无法满足社会发展需求，开发一种高比容量负极材料成为各国研究热点。Si、Sn等金属可以和锂发生合金化反应。比容量较高，其中Si与Li在常温下发生合金化反应生成Li_3.75Si，理论比容量高达3579mAh/g。但是Si在合金化反应时会发生严重的体积膨胀，生成Li_3.75Si时体积膨胀高达270％。充放电过程中Si膨胀连续的收缩会产生SEI,并且使硅颗粒粉化，从集流体上脱落，导致电池性能急剧衰减。针对此类问题，研究者已经提出很多解决方法，比如制备硅纳米线，硅碳核壳结构，纳米硅管等。这类材料的制备方法过于复杂，成本很高，无法大规模批量生产。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种碳包覆硅的复合材料的制备方法，该方法制备简单，经济廉价。所得的硅碳材料作为锂离子电池负极，具有高比容量和优异循环稳定性等优点，可用于大规模生产。

所述碳包覆硅的复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将含有硅合金粉的原料制成纳米颗粒；

b)去除所述纳米颗粒中的硅合金粉中的非硅元素，得到含硅纳米颗粒；

c)将所述含硅纳米颗粒包覆碳层，得到所述碳包覆的复合材料。

作为一种实施方式，本发明提供了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，该方法以微米铝硅合金粉为原料，通过砂磨使颗粒达到纳米化，先使用无机酸腐蚀去铝得到硅颗粒，再使用盐酸多巴胺包覆后高温碳化，最终得到碳包覆的硅颗粒。

可选地，步骤a)中所述含有硅合金的原料选自铝硅合金、铁硅合金、镁硅合金中的至少一种。

可选地，步骤a)中，所述含有硅合金粉的原料中的硅合金粉中硅含量为1～99wt％。

可选地，步骤a)中，所述含有硅合金粉的原料中的硅合金粉的颗粒的尺寸为0.01μm～100μm。

可选地，步骤a)中，所述纳米颗粒的尺寸为1nm～500nm。

可选地，步骤a)包括：

将含有硅合金粉的原料进行砂磨，制成纳米颗粒。

可选地，步骤b)包括：

步骤b)包括：将所述纳米颗粒加入含有无机酸的溶液中，去除所述纳米颗粒中的硅合金中的非硅元素，得到所述含硅纳米颗粒。

可选地，所述无机酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸中的至少一种。

可选地，所述含有无机酸的溶液中无机酸的质量分数百分比为0.1％～40％。

可选地，

步骤c)包括：

在所述含硅纳米颗粒表面包覆有机物碳源，碳化，得到所述碳包覆硅的复合材料。