[发明专利]一种硅碳复合材料的制备方法

说明书

本公开涉及一种硅碳复合材料的制备方法，该方法包括：第一步骤：将纳米硅与热解碳源或其水溶液混合，从而在纳米硅表面包覆碳源，以得到第一预包覆材料；第二步骤：将所述第一包覆材料加热至500‑650℃下以进行预碳化以得到第一包覆材料；第三步骤：重复第一步骤和第二步骤以形成第二包覆材料；第四步骤：将第二包覆材料放入高温炉内中部进行碳化，在炉内进气端和出气端，加入粒径为1μm至1mm的冶金硅作为还原保护剂，并将混合物在惰性气氛下加热至950至1000℃以进行高温碳化4‑8h，从而得到硅碳复合材料。本公开的冶金硅粉可以防止硅碳复合材料在碳化中被氧化，且其成本低并可多次使用，适合大规模生产。

技术领域

本公开涉及一种复合材料的制备方法。具体而言，本公开涉及一种碳硅复合材料的制备方法，特别涉及一种用于锂离子电池负极的硅碳复合材料的制备方法。

背景技术

在锂离子电池领域，为提高能量密度，需要开发高比容量的电极材料。纳米硅材料因具有比石墨更高的比容量成为下一代最有前景的负极材料，但由于硅材料自身存在SEI膜不稳定、导电性差等问题，导致电池充放电循环寿命短。为此，需要采用硅碳复合的方法改善硅材料的SEI膜不稳定和导电性差的问题。

现有技术中的硅碳复合材料的制备过程中，所述硅碳复合材料在高温碳化过程中，硅容易发生氧化反应，导致硅碳复合材料的高比容量无法发挥出来。而且，从碳源引入的杂质H、O等元素的存在也会使负极材料性能劣化。在为了减少硅的氧化反应而降低碳化温度时，这些杂质元素的含量会变得更高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本公开的发明人经过反复试验后发现，在碳化步骤中加入少量的冶金硅可以除去微量的氧气，从而防止被包覆的硅的氧化，而且，冶金硅容易在后续工艺中除去。并在此基础上完成了本公开。

本公开的一个目的在于提供一种碳硅复合材料的制备方法，以防止复合材料中的硅被氧化。

根据本公开的一个方面，其提供了一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：

第一步骤：将纳米硅与热解碳源或其水溶液混合，从而在纳米硅表面包覆碳源，以得到第一预包覆材料；

第二步骤：将所述第一包覆材料加热至500-650℃下以进行预碳化以得到第一包覆材料；

第三步骤：重复第一步骤和第二步骤以形成第二包覆材料；

第四步骤：将第二包覆材料放入高温炉内中部进行碳化，在炉内进气端和出气端，加入粒径为1μm至1mm的冶金硅粉作为还原保护剂，并将混合物在惰性气氛下加热至950至1000℃以进行高温碳化4-8h，从而得到硅碳复合材料。

有益效果

本公开解决了纳米硅材料导电性差、体积膨胀大、高温碳化易氧化的问题，可以实现以下效果：

(1)通过多次热解碳包覆和预碳化，可以提高硅碳复合负极材料的导电性和防止硅表面SEI膜的生长；

(2)高温碳化过程中加入冶金硅，可以保证高温足够将热解碳中的非碳杂质元素除去；同时，防止微量的氧气将硅碳复合材料中硅元素氧化，保证硅碳材料高比容量的特性。

附图说明

图1是实施例1中的冶金硅粉在试验前后的性状的照片，其中，a为试验前，b为试验后。

图2是实施例1中的冶金硅粉在试验前后的质量变化的柱状图。

图3是表现由实施例1和对比实施例1中的碳硅复合材料制备的电池的首次放电容量的图。

图4是表现由实施例1和对比实施例1中的碳硅复合材料制备的电池的循环容量变化的图。

图5是表现由实施例1和对比实施例1中的碳硅复合材料制备的电池的循环效率变化的图。