球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是繼鉛酸電池、鎳鎘電池以及鎳氫電池之后新一代二次電池。在全球面臨石油資源的持續(xù)緊缺和環(huán)境不斷惡化的今天，鋰離子電池由于具有容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)環(huán)境污染和安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為高新技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一，被認(rèn)為是高容量、大功率電池的理想之選，是21世紀(jì)的環(huán)保電源?？沙潆婁囯x子電池自1990年開(kāi)始商業(yè)化以來(lái)，其應(yīng)用范圍被不斷拓展，從移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦等便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域到電動(dòng)汽車(chē)以及未來(lái)的航空航天、人造衛(wèi)星等諸多領(lǐng)域都將得到廣泛應(yīng)用。目前，人們已經(jīng)開(kāi)始致力于研究新型的可充電鋰離子電池，可供混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、可充電混合動(dòng)力車(chē)和純電動(dòng)車(chē)輛等交通工具使用，從而減少對(duì)石油的依賴(lài)和緩解空氣污染。要滿(mǎn)足這種應(yīng)用，鋰離子電池須具備高的功率密度、高的能量密度和好的循環(huán)性能。負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，是鋰離子儲(chǔ)能器件發(fā)展的關(guān)鍵。目前商用鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨材料，石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，在充放電過(guò)程中體積膨脹小、不容易出現(xiàn)材料的粉化，但是石墨的理論處理容量較小，只有400mAh/g。硅由于具有最大的理論處理容量4200mAh/g而受到廣泛的關(guān)注，但是由于密堆積結(jié)構(gòu)，硅在充放電過(guò)程中體積膨脹大、材料粉化嚴(yán)重，此外納米硅和薄膜硅制作成本高，這些都制約著其在鋰離子電池中的應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的硅碳復(fù)合材料可以結(jié)合上述兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，從而獲得高容量低膨脹的負(fù)極材料。然而，現(xiàn)有的硅碳復(fù)合材料，一般將硅粉與石墨進(jìn)行簡(jiǎn)單研磨后形成，如，CN102403491A。然而，上述制備方法所獲得硅碳復(fù)合材料的性能有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法，可以解決上述問(wèn)題。所述球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法，包括如下步驟:
提供一 Na2Si03溶液；將一糖類(lèi)化合物溶解于所述Na 2Si03溶液，形成一第一溶液；將所述第一溶液進(jìn)行噴霧干燥，形成球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒；將所述球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒加入濃硫酸中炭化處理形成一懸濁液，所述懸濁液包括球形多孔Na2Si03/C復(fù)合顆粒；將所述懸濁液加入蒸餾水中稀釋?zhuān)骨蛐味嗫譔a2Si03/碳復(fù)合顆粒中的Na2Si03水解，形成球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒；過(guò)濾獲得球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒；將一還原劑與所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆?；旌?，并加熱使球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復(fù)合顆粒。
[0005]進(jìn)一步的，所述Na2Si0j.#液的濃度為15wt%到25wt%。
[0006]進(jìn)一步的，所述將糖類(lèi)化合物溶解于所述Na2Si(V^液的步驟包括:按照炭化率15%~25%計(jì)入硅含量5wt%~15%的糖類(lèi)化合物。
[0007]進(jìn)一步的，所述糖類(lèi)化合物包括單糖、雙糖、低聚糖和多糖。
[0008]進(jìn)一步的，所述單糖為葡萄糖、果糖或其混合物，雙糖為蔗糖、麥芽糖、乳糖或其混合物。
[0009]進(jìn)一步的，所述噴霧參數(shù)為:進(jìn)料量為l~10ml/min.，進(jìn)口溫度為100~200°C，壓力為 0.l~lMPa。
[0010]進(jìn)一步的，過(guò)濾獲得球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒后，進(jìn)一步包括將所述球形多孔Si02/c復(fù)合顆粒進(jìn)行清洗和干燥的步驟。
[0011]進(jìn)一步的，所述還原劑為鎂粉，且所述將還原劑與所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒混合，并加熱使球形多孔Si02/c復(fù)合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復(fù)合顆粒的步驟包括:將過(guò)量鎂粉與所述球形多孔Si02/c復(fù)合顆粒混合；加熱使鎂粉還原所述球形多孔Si02/c復(fù)合顆粒中的Si02，形成球形多孔Si/C復(fù)合顆粒；將上述球形多孔Si/C復(fù)合顆粒加入水中清洗；以及過(guò)濾并干燥，獲得高純度的球形多孔Si/C復(fù)合顆粒。
[0012]進(jìn)一步的，加熱到600~700°C使鎂粉還原所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒中的Si02，形成球形多孔Si/C復(fù)合顆粒。
[0013]進(jìn)一步的，所述將過(guò)量鎂粉與所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆?；旌系牟襟E包括:將理論量105wt%~115wt%的鎂粉與所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒混合。
[0014]本發(fā)明提供的一種球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法，可以獲得高純度，微米級(jí)甚至納米級(jí)多空Si/C復(fù)合顆粒。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法流程圖。
[0016]圖2為由本實(shí)施例1得到的球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的掃描電鏡照片。
[0017]圖3為由本實(shí)施例1得到的球形多孔硅碳復(fù)合顆粒組裝為扣式電池的首次循環(huán)曲線。
[0018]圖4為由本實(shí)施例1得到的球形多孔硅碳復(fù)合顆粒組裝為扣式電池的循環(huán)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說(shuō)明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1，一種球形多孔硅碳復(fù)合顆粒的制備方法，包括如下步驟:
S1，提供一 Na2Si03溶液；
S2，將一糖類(lèi)化合物溶解于所述Na2Si03溶液，形成一第一溶液；
S3，將所述第一溶液進(jìn)行噴霧干燥，形成球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒；
S4，將所述球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒加入濃硫酸中炭化處理形成一懸池液，所述懸濁液包括球形多孔Na2Si03/C復(fù)合顆粒；
S5，將所述懸濁液加入蒸餾水中稀釋?zhuān)骨蛐味嗫譔a2Si03/碳復(fù)合顆粒中的Na2Si(VK解，形成球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒；
S6，過(guò)濾獲得球形多孔Si02/C復(fù)合顆粒；
S7，將一還原劑與所述球形多孔Si02/C復(fù)合顆?；旌希⒓訜崾骨蛐味嗫譙i02/C復(fù)合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復(fù)合顆粒。
[0021 ] 在步驟S1中，所述他與03溶液的濃度為15wt%到25wt%。優(yōu)選的，所述18wt%到22wt%0所述Na2Si03溶液的濃度為20%左右。可以理解，當(dāng)濃度太高，所述Na 2Si03溶液的粘度過(guò)大，不利于后續(xù)的噴霧處理；而濃度太低，不利于形成復(fù)合顆粒。
[0022]在步驟S2中，所述糖類(lèi)化合物包括單糖、雙糖、低聚糖和多糖。優(yōu)選的，所述所述糖類(lèi)化合物為單糖或雙糖，這是由于單糖或雙糖更有利于后續(xù)的炭化處理。進(jìn)一步的，所述單糖可以為葡萄糖、果糖或其混合物。雙糖可以為蔗糖、麥芽糖、乳糖或其混合物。所述糖類(lèi)化合物可以按照炭化率15%~25%計(jì)入硅含量5wt%~15%加入Na2Si(V^液中。優(yōu)選的，所述糖類(lèi)化合物優(yōu)選的按照炭化率18%~22%計(jì)入硅含量8wt%~12%加入Na2Si03S液中。更優(yōu)選的，所述糖類(lèi)化合物優(yōu)選的按照炭化率20%計(jì)入硅含量10%加入Na2Si03S液中?？梢岳斫?，通過(guò)加入不同量的糖類(lèi)化合物可以控制最早產(chǎn)物中碳和硅的比例。
[0023]在步驟S3中，所述噴霧參數(shù)為:進(jìn)料量為l~10ml/min，進(jìn)口溫度為100~200°C，壓力為0.l~lMPa。可以理解，通過(guò)噴霧參數(shù)的控制可以獲得微米級(jí)或納米級(jí)的球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒。優(yōu)選的，所述噴霧參數(shù)為:進(jìn)料量為2~5ml/min，進(jìn)口溫度為150~170°C，壓力為0.3-0.5MPa。優(yōu)選的，所述噴霧參數(shù)為:進(jìn)料量為3~4ml/min，進(jìn)口溫度為155~160°C，壓力為 0.3-0.5MPa。
[0024]在步驟S4中，為了防止球形Na2Si03/糖類(lèi)復(fù)合顆粒中的Na2Si03在空氣中產(chǎn)