專(zhuān)利名稱(chēng)：硅碳復(fù)合材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
目前，生產(chǎn)使用的鋰離子電池主要采用石墨化碳為負(fù)極材料，但材料的儲(chǔ)鋰容量不高。就石墨基負(fù)極材料來(lái)說(shuō)，其較大的層狀結(jié)構(gòu)空隙既為鋰的儲(chǔ)存提供了場(chǎng)所，也決定了該材料的低理論比容量(約372mAh/g)的特性。因此，開(kāi)發(fā)新型的高容量和高倍率負(fù)極材料具有很高的研究和利用價(jià)值。較長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，鋰合金作為可替代的負(fù)極材料而倍受關(guān)注，硅基材料和錫基材料就由于其高的質(zhì)量比容量(硅基材料和錫基材料的理論比容量分別為4200mAh/g和990mAh/g)而成為研究熱點(diǎn)，特別是硅基材料。然而充放電過(guò)程L1-Si電極嚴(yán)重的體積效應(yīng)和粉化脫落降低了電池的效率和循環(huán)性能。開(kāi)發(fā)含硅的復(fù)合材料已成為人們研究的重點(diǎn)，研究思路一般將硅與其它非活性的金屬(如Fe、Al、Cu等)形成合金(文鐘晟、楊軍、劉宇等，鋰離子電池負(fù)極用硅鋁合金/碳復(fù)合材料及其制備方法，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?CN03116070.0)，或?qū)⒉牧暇鶆蚍稚⒌狡渌钚曰蚍腔钚圆牧现行纬蓮?fù)合材料(如S1-C、S1-TiN等)(楊軍、文鐘蔑、劉宇等,鋰離子電池負(fù)極用高比容量的娃碳復(fù)合材料及制備方法，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?CN02112180.X)，可以一定程度上改善其循環(huán)穩(wěn)定性。上述方法雖然在一定程度上緩解了硅基負(fù)極材料的容量衰減，但其機(jī)理都是簡(jiǎn)單的物理復(fù)合或高溫碳包覆，都不能從根本上抑制充放電過(guò)程中的體積效應(yīng)，在經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后，容量又將開(kāi)始迅速衰減。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單、且能有效抑制硅的體積效應(yīng)的高容量硅基負(fù)極材料的制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決 現(xiàn)有硅碳復(fù)合材料和由其制備的鋰離子電池的循環(huán)性能、導(dǎo)電性能低下的問(wèn)題，提供一種循環(huán)性能、導(dǎo)電性能優(yōu)良的硅碳復(fù)合材料的制備方法。解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括:I)混料步驟:將硅粉和導(dǎo)電碳材料加入到硅酸鈉溶液進(jìn)行混料，得到混合物；2) 二氧化硅包覆步驟:向步驟I)得到的混合物加入無(wú)機(jī)酸反應(yīng)得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料用高分子聚合物在加熱下進(jìn)行碳包覆；4)脫二氧化硅層步驟:
將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料用氫氟酸進(jìn)行脫二氧化硅層，獲得硅碳復(fù)合材料。本發(fā)明通過(guò)利用預(yù)留的孔隙來(lái)容納硅顆粒嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹，且在孔隙中預(yù)先分散導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)碳材料，提高了硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性，達(dá)到減緩甚至消除電化學(xué)活性物質(zhì)因體積膨脹而粉化脫落的現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)硅碳復(fù)合材料的循環(huán)壽命；且導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更有利于鋰離子的快速傳導(dǎo)，提高了硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性；同時(shí)合成工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。優(yōu)選的是，在所述的混料步驟中，所述的混料為超聲分散lh_4h，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: (5-10)，導(dǎo)電碳材料與硅粉的質(zhì)量比為1: (10-20)。優(yōu)選的是，在所述的混料步驟中，所述的導(dǎo)電碳材料為石墨烯、碳納米管、氣相生長(zhǎng)碳纖維、乙炔黑、膨脹石墨、石墨中的任意一種或幾種。優(yōu)選的是，在二氧化硅包覆步驟中，所述的反應(yīng)時(shí)間為2h_4h，所述的無(wú)機(jī)酸為鹽酸或硫酸。優(yōu)選的是，在碳包覆步驟中，所述的高分子聚合物為聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、酚醛樹(shù)脂、浙青、葡萄糖、蔗糖中的任意一種或幾種。優(yōu)選的是，在碳包覆步驟中，所述的高分子聚合物與二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的質(zhì)量比為1: (1-3)，所述的碳包覆的加熱溫度為700°C _900°C。優(yōu)選的是，在脫二氧化硅層步驟中，所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度為5%_40%，反應(yīng)時(shí)間為lh-lOh，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì) 的量比為(4-10): I。優(yōu)選的是，在脫二氧化硅層步驟中，所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度為10%_20%，反應(yīng)時(shí)間為2h-8h。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還包括，針對(duì)現(xiàn)有的硅碳復(fù)合材料循環(huán)性能、導(dǎo)電性能低下問(wèn)題，提供一種循環(huán)性能、導(dǎo)電性能優(yōu)良的硅碳復(fù)合材料。解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種硅碳復(fù)合材料，該硅碳復(fù)合材料是通過(guò)上述方法制備的。由于本發(fā)明的硅碳復(fù)合材料是通過(guò)上述方法制備的，其循環(huán)性能、導(dǎo)電性能較好。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還包括，針對(duì)現(xiàn)有的由硅碳復(fù)合材料制備的鋰離子電池循環(huán)性能、導(dǎo)電性能低下問(wèn)題，提供一種循環(huán)性能、導(dǎo)電性能優(yōu)良的鋰離子電池。解決本發(fā)明技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種鋰離子電池，其負(fù)極含有上述的硅碳復(fù)合材料。由于本發(fā)明的鋰離子電池的負(fù)極含有上述硅碳復(fù)合材料，故其循環(huán)性能、導(dǎo)電性能較好。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的硅碳復(fù)合材料的制備方法的示意流程圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的硅碳復(fù)合材料的放電循環(huán)性能曲線。
具體實(shí)施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的石墨烯加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散2h，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 5，石墨烯與硅粉的質(zhì)量比為1: 15，硅粉的平均粒徑為0.1nm ；2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的鹽酸反應(yīng)2h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到聚氯乙烯溶液中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與聚氯乙烯的質(zhì)量比為1: 1，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氬氣保護(hù)下升溫到800°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:
將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為20%的氫氟酸溶液中，其中，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為4: 1，攪拌反應(yīng)10h，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片的過(guò)程為:將硅碳復(fù)合材料與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑PVDF(聚偏氟乙烯)按照質(zhì)量比8: I: I混合均勻，用NMP (1-甲基-2-吡咯烷酮)將此混合物調(diào)制成漿料，均勻涂覆于銅箔上，放入烘箱中，在100°C下烘干24小時(shí)，取出沖成極片，制得實(shí)驗(yàn)電池用極片。制備測(cè)試電池的過(guò)程為:以上述制備的極片為實(shí)驗(yàn)電池用極片，以鋰片為對(duì)電極，電解液為濃度為1.5mol/L的LiPF6的溶液，其溶劑為EC (乙基碳酸酯)+DMC (二甲基碳酸酯)，其中EC (乙基碳酸酯)和DMC (二甲基碳酸酯)的體積比為I: 1，隔膜為celgard2400膜，在充滿氬氣氣氛的手套箱內(nèi)裝配成CR2025型扣式電池。本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的循環(huán)性能(恒流0.1C下)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2，本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 1207mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在967mAh/g。實(shí)施例2本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的碳納米管、石墨(兩者的質(zhì)量比為1:1)加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散lh，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 7，碳納米管、石墨與硅粉的質(zhì)量比為1: 20，硅粉的平均粒徑為Inm ;2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的硫酸反應(yīng)
2.5h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；
3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1: 2，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氬氣保護(hù)下升溫到750°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為5%的氫氟酸溶液中，其中，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為10: 1，攪拌反應(yīng)5h，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池方法與實(shí)施例1中的方法相同。
本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 1098mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在761mAh/g。實(shí)施例3本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的氣相生長(zhǎng)碳纖維加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散4h，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 10，氣相生長(zhǎng)碳纖維與硅粉的質(zhì)量比為1: 10，硅粉的平均粒徑為IOOnm ;2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的鹽酸反應(yīng)3h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到聚丙烯酸溶液中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與聚丙烯酸的質(zhì)量比為1: 3，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氬氣保護(hù)下升溫到700°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為10%的氫氟酸溶液中，其中，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為6: 1，攪拌反應(yīng)lh，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池方法與實(shí)施例1中的方法相同。本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 974mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在753mAh/g。實(shí)施例4本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的乙炔黑加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散3h，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 8，乙炔黑與硅粉的質(zhì)量比為1: 12，硅粉的平均粒徑為IOOOnm;2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的硫酸反應(yīng)
3.5h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到聚丙烯腈溶液中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與聚丙烯腈的質(zhì)量比為1: 1.5，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫到900°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為30%的氫氟酸溶液中，其中，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為9: 1，攪拌反應(yīng)8h，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料。可選的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料繼續(xù)制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池方法與實(shí)施例1中的方法相同。本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 974mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在753mAh/g。
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實(shí)施例5本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的膨脹石墨烯加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散2.5h，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 9，膨脹石墨與硅粉的質(zhì)量比為1: 18，硅粉的平均粒徑為IOiim ;2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的鹽酸反應(yīng)4h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到酚醛樹(shù)脂溶液中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1: 2.5，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氬氣保護(hù)下升溫到850°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為40%的氫氟酸溶液中，其中，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為8: 1，攪拌反應(yīng)2h，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料繼續(xù)制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池方法與實(shí)施例1中的方法相同。
本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 1172mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在838mAh/g。實(shí)施例6本實(shí)施例提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟:I)混料步驟:將硅粉和作為導(dǎo)電碳材料的石墨加入質(zhì)量濃度為40%的硅酸鈉溶液進(jìn)行超聲波分散1.5h，得到分散的混合物，其中，硅粉與硅酸鈉的質(zhì)量比為1: 6，石墨與硅粉的質(zhì)量比為1: 19,娃粉的平均粒徑為5 ii m ;2) 二氧化硅包覆步驟:在攪拌下，向步驟I)得到的分散的混合物加入的過(guò)量的濃度為0.5M的硫酸反應(yīng)
2.8h，過(guò)濾洗滌得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料；3)碳包覆步驟:將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到葡萄糖、蔗糖的溶液(兩者的質(zhì)量比為1:1)中，其中二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料與葡萄糖、蔗糖的質(zhì)量比為1: 1.2，攪拌均勻后蒸干，所得固體研細(xì)后放入瓷舟，氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫到780°C，在此溫度下恒溫3h，得到經(jīng)碳包覆的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料。4)脫二氧化硅層步驟:將步驟3)得到的經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料加入到質(zhì)量濃度為15%的氫氟酸溶液中，其中，氫`氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為5: 1，攪拌反應(yīng)9h，過(guò)濾并用去離子水充分洗滌，干燥后即得到硅碳復(fù)合材料?？蛇x的，可繼續(xù)用所制備的硅碳復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池。制備實(shí)驗(yàn)電池用極片和測(cè)試電池方法與實(shí)施例1中的方法相同。本實(shí)施例制備的硅碳復(fù)合材料的首次放電比容量達(dá)到了 986mAh/g，100次循環(huán)后仍然保持在759mAh/g。本發(fā)明制備的硅碳復(fù)合材料利用預(yù)留的孔隙來(lái)容納硅顆粒嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹，且在孔隙中預(yù)先分散導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)碳材料，提高了硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性，達(dá)到減緩甚至消除電化學(xué)活性物質(zhì)因體積膨脹而粉化脫落的現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)硅碳復(fù)合材料的循環(huán)壽命；且導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更有利于鋰離子的快速傳導(dǎo)，提高了硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性。同時(shí)合成工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。實(shí)施例7本實(shí)施例提供一種由上述方法制備的硅碳復(fù)合材料。實(shí)施例8本實(shí)施例提供一種負(fù)極含有上述硅碳復(fù)合材料的鋰離子電池，當(dāng)然該鋰離子電池還包括其它必要的組件，例如，負(fù)極、隔膜、電解液和外殼等，這里不再贅述?？梢岳斫獾氖牵陨蠈?shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 1)混料步驟: 將硅粉和導(dǎo)電碳材料加入到硅酸鈉溶液進(jìn)行混料，得到混合物； 2)二氧化硅包覆步驟: 向步驟I)得到的混合物加入無(wú)機(jī)酸反應(yīng)得到二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料； 3)碳包覆步驟: 將步驟2)得到的二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料用高分子聚合物在加熱下進(jìn)行碳包覆； 4)脫二氧化硅層步驟: 將步驟3)得到的 經(jīng)過(guò)二氧化硅和碳包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料用氫氟酸進(jìn)行脫二氧化硅層，獲得硅碳復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述的混料步驟中，所述的混料為超聲分散lh_4h,娃粉與娃酸鈉的質(zhì)量比為1: (5-10),導(dǎo)電碳材料與娃粉的質(zhì)量比為I: (10-20)。
3.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在所述的混料步驟中，所述的導(dǎo)電碳材料為石墨烯、碳納米管、氣相生長(zhǎng)碳纖維、乙炔黑、膨脹石墨、石墨中的任意一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在二氧化硅包覆步驟中，所述的反應(yīng)時(shí)間為2h-4h，所述的無(wú)機(jī)酸為鹽酸或硫酸。
5.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在碳包覆步驟中，所述的高分子聚合物為聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、酚醛樹(shù)脂、浙青、葡萄糖、蔗糖中的任意一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在碳包覆步驟中，所述的高分子聚合物與二氧化硅包覆的硅-導(dǎo)電碳網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料的質(zhì)量比為1: (1-3)，所述的碳包覆的加熱溫度為700°C -900°C。
7.如權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在脫二氧化硅層步驟中，所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度為5%-40%，反應(yīng)時(shí)間為lh-lOh，氫氟酸與硅酸鈉的物質(zhì)的量比為(4-10): I。
8.如權(quán)利要求7所述的硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在脫二氧化硅層步驟中，所述的氫氟酸的質(zhì)量濃度為10%-20%，反應(yīng)時(shí)間為2h-8h。
9.一種娃碳復(fù)合材料,其特征在于，所述娃碳復(fù)合材料是通過(guò)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的方法制備的。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，其負(fù)極含有權(quán)利要求9所述的硅碳復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硅碳復(fù)合材料及其制備方法、含該材料的鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，其可解決現(xiàn)有的硅碳復(fù)合負(fù)極材料和由其制備的鋰離子電池的循環(huán)性能差、導(dǎo)電性能低下的問(wèn)題。本發(fā)明的復(fù)合材料的制備方法包括混料的步驟、二氧化硅包覆步驟、碳包覆步驟和脫二氧化硅層步驟。本發(fā)明的硅碳復(fù)合材料的制備方法利用預(yù)留的孔隙來(lái)容納硅顆粒嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹，且在孔隙中預(yù)先分散導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)碳材料，提高了硅碳復(fù)合材料的導(dǎo)電性，達(dá)到減緩甚至消除電化學(xué)活性物質(zhì)因體積膨脹而粉化脫落的現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)硅碳復(fù)合材料的循環(huán)壽命。本發(fā)明的硅碳復(fù)合材料是由上述方法制備的。本發(fā)明的鋰離子電池包括上述硅碳復(fù)合材料。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK103236530SQ20131015152
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者朱廣燕, 趙志剛, 陳效華 申請(qǐng)人:奇瑞汽車(chē)股份有限公司