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CN112563502A - 一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硅基材料领域，特别是涉及一种高首效多元包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将纳米硅、分散剂、金属粉和粘结剂在有机溶剂中混合分散均匀，得到前驱体A；(2)将前驱体A进行高温处理，得到前驱体B；(3)将前驱体B进行酸洗、过滤和干燥处理，得到前驱体C；(4)将前驱体C进行碳包覆，得到所述的高首效多元包覆硅基复合材料。本发明提供一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用，其工艺简单易行，产品性能稳定，具有良好的应用前景。

Description

一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及硅基材料领域，特别是涉及一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用。
背景技术
目前商业化负极材料主要为天然石墨、人造石墨和中间相等石墨类材料，但因其理论容量较低(372mAh/g)，无法满足于市场的需求。近年来，人们的目光瞄准新型高比容量负极材料：储锂金属及其氧化物(如Sn，Si)和锂过渡金属磷化物。在众多新型高比容量负极材料中，Si因具有高的理论比容量(4200mAh/g)而成为最具潜力的可替代石墨类材料之一，但是硅基在充放电过程中存在巨大的体积效应，易发生破裂和粉化，从而丧失与集流体的接触，造成循环性能急剧下降；此外硅基材料的本征电导率低，倍率性能差。因此降低体积膨胀效应、提升循环性能和倍率性能对硅基材料在锂离子电池中的应用有重大意义。
目前改善硅材料的体积效应最热门的方法之一是将硅纳米化，纳米化主要有硅烷热解和物理球磨这两种方法。化学法合成的条件苛刻，使得该方法难以批量规模化制备纳米硅。物理球磨制备纳米硅的过程中不可避免使得纳米硅表面有一层很厚的氧化层，这样影响材料的首次效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种高首效多元包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用，其工艺简单易行，产品性能稳定，具有良好的应用前景。
本发明采用如下技术方案：
一种高首效多元包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米硅、分散剂、金属粉和粘结剂在有机溶剂中混合分散均匀，得到前驱体A；
(2)将前驱体A进行高温处理，得到前驱体B；
(3)将前驱体B进行酸洗、过滤和干燥处理，得到前驱体C；
(4)将前驱体C进行碳包覆，得到所述的高首效多元包覆硅基复合材料。
对上述技术方案的进一步改进为，所述高首效多元包覆硅基复合材料从内至外依次包括第一纳米硅层、纳米硅氧化层、第二纳米硅层及碳包覆层。
一种高首效多元包覆硅基复合材料，使用上述制备方法制得的高首效多元包覆硅基复合材料。
一种高首效多元包覆硅基复合材料的应用，使用所述高首效多元包覆硅基复合材料应用于锂离子电池负极材料。
本发明的有益效果为：
本发明的高首效多元包覆硅基复合材料是具有高首效、低膨胀和长循环等优点的锂离子电池硅碳负极材料，多元包覆硅基复合材料中间的纳米硅氧化层能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，次外层的纳米硅层能降低不可逆锂的消耗，提高其首效，最外层碳包覆层能有效的提高硅基材料的导电性，同时能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应、提升了循环性能，能提高材料的导电性和倍率性能。
附图说明
图1为本发明的高首效多元包覆硅基复合材料的结构示意图；
图2为图1的高首效多元包覆硅基复合材料的电镜图；
图3为图1的高首效多元包覆硅基复合材料的电压-比容量图。
具体实施方式
下面将结合附图对发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
如图1至图3所示，一种高首效多元包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将纳米硅、分散剂、金属粉和粘结剂在有机溶剂中混合分散均匀，得到前驱体A；
(2)将前驱体A进行高温处理，得到前驱体B；
(3)将前驱体B进行酸洗、过滤和干燥处理，得到前驱体C；
(4)将前驱体C进行碳包覆，得到所述的高首效多元包覆硅基复合材料。
如图1所示，所述高首效多元包覆硅基复合材料从内至外依次包括第一纳米硅层10、纳米硅氧化层20、第二纳米硅层30及碳包覆层40。
一种高首效多元包覆硅基复合材料，使用上述制备方法制得的高首效多元包覆硅基复合材料。
一种高首效多元包覆硅基复合材料的应用，使用所述高首效多元包覆硅基复合材料应用于锂离子电池负极材料。
本发明的高首效多元包覆硅基复合材料是具有高首效、低膨胀和长循环等优点的锂离子电池硅碳负极材料，多元包覆硅基复合材料中间的纳米硅氧化层20能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，次外层的纳米硅层能降低不可逆锂的消耗，提高其首效，最外层碳包覆层40能有效的提高硅基材料的导电性，同时能有效的缓解充放电过程中的体积效应，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应、提升了循环性能，能提高材料的导电性和倍率性能。
以上实施例仅表达了发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。因此，发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种高首效多元包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将纳米硅、分散剂、金属粉和粘结剂在有机溶剂中混合分散均匀，得到前驱体A；
(2)将前驱体A进行高温处理，得到前驱体B；
(3)将前驱体B进行酸洗、过滤和干燥处理，得到前驱体C；
(4)将前驱体C进行碳包覆，得到所述的高首效多元包覆硅基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高首效多元包覆硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述高首效多元包覆硅基复合材料从内至外依次包括第一纳米硅层、纳米硅氧化层、第二纳米硅层及碳包覆层。
3.一种高首效多元包覆硅基复合材料，其特征在于，使用如权利要求1或2所述制备方法制得的高首效多元包覆硅基复合材料。
4.一种高首效多元包覆硅基复合材料的应用，其特征在于，使用如权利要求3所述高首效多元包覆硅基复合材料应用于锂离子电池负极材料。
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