CN102969489B - 一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池 - Google Patents

一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。该方法包括:(1)用活泼性大于硅的金属将二氧化硅还原,得到多孔硅‑金属氧化物的复合物;(2)用酸将金属氧化物腐蚀掉,得到多孔硅;(3)使用碳源作原料在多孔硅表面包覆碳,得到硅碳复合材料。该硅碳复合材料中的硅通过金属热还原法制备,金属热还原法制备的多孔硅颗粒为微米级,几乎不发生团聚;且多孔硅颗粒内部的孔壁和孔径为纳米级,与无孔的微米级硅粉相比,缩短了锂离子在硅基体中扩散路径,有利于大电流充放电,其孔隙可以容纳硅嵌锂过程中的体积膨胀,延长材料的充放电循环寿命。再在多孔硅颗粒表面均匀包覆具有一定孔隙的碳层,增强了硅碳复合材料的导电能力。

Description

一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
技术领域
[0001]本发明属于电池制造技术领域,具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。
背景技术
[0002]目前,生产使用的锂离子电池主要采用石墨类负极材料,但石墨的理论嵌锂容量为372mAh/g,实际使用已达到370mAh/g,因此,石墨类负极材料在储锂容量上几乎已无提升空间。
[0003]近十几年,各种新型的高容量和高倍率负极材料被开发出来,其中硅基材料由于其高的质量比容量(硅的理论比容量为4200mAh/g)而成为研究热点,然而这种材料在嵌脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀与收缩,导致电极上的电活性物质粉化脱落,最终导致材料的比容量衰减。为了克服硅基负极材料的比容量衰减,常用的方法有两种:方法一是将硅纳米化,因为随着颗粒的减小,在一定程度上能够降低硅的体积变化,减小电极内部应力。方法二是将纳米硅颗粒均匀地分散到其他活性或非活性材料基体中(如S1-C、S1-TiN等),其他活性或非活性材料基体一方面抑制硅在充放电情况下的体积变化,另一方面其他活性或非活性材料基体的高的电子导电率提高了硅与锂的电荷传递反应。如中国专利CN02112180.X公开了锂离子电池负极用高比容量的硅碳复合材料及制备方法。Chen等人(陈立宝,谢晓华,王可等。碳包覆Si/C复合材料的制备与性能研究[J].电源技术,2007,31:34-37)采用喷雾干燥法制备了球形或近球形的酚醛树脂包覆Si/C复合材料的前驱体,最后对前驱体进行高温焙烧,得到了核壳结构的碳包覆Si/C复合材料。碳包覆Si/C复合材料后,减小了充放电过程中复合材料电极的极化,从而使得电压滞后现象得到了显著的改善。碳包覆Si/C复合材料的最大放电比容量为512mAh/g,略低于包覆前的材料,但循环稳定性大大提高,50次循环后的容量保持率为96%。肋等人(HU Y S1CAKAN R D,TITIRICI M M,etal.Super1r storage perfprmance of a SiiS1x/C nanocomposite as anodematerial for lithium-1on batteries[J].Angew Chem Int Ed,2008,47:1645-1649)利用水热法使葡萄糖在多孔硅的表面聚合,然后在700°C下碳化,制备了 Si/C复合材料,Si/C复合材料的循环性能得到了改善,同时使用碳酸亚乙烯酯(VC)作为电解液添加剂,使Si/C复合材料的循环性能进一步得到了提高。核壳结构的Si/C复合材料综合性能得到提高,主要是由于碳均匀包覆了中心活性硅,限制了硅纳米颗粒在反复充放电过程中的团聚,并且提高了材料的电子电导率。
[0004]上述方法非常有效地克服了硅基负极材料的比容量衰减问题,但由于上述方法采用的是昂贵的原材料(纳米硅粉),难以规模化生产。因此,开发一种原料易得、工艺简单、且能有效抑制硅的体积效应的制备工艺,是制备高容量硅基负极材料领域要解决的难题之
O
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池。该制备方法大大解决了成本,制备的硅碳复合材料可以很好的容纳硅嵌锂过程中的体积膨胀,从而延长硅碳复合材料的充放电循环寿命,且具有纳米硅的大电流充放电能力。
[0006]本发明提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0007] (I)用活泼性大于硅的金属将二氧化硅还原,得到多孔硅-金属氧化物的复合物;
[0008] (2)用酸将所述多孔硅-金属氧化物的复合物中的金属氧化物腐蚀掉,得到多孔娃;
[0009] (3)使用碳源作为原料在所述多孔硅的表面包覆碳,得到硅碳复合材料。
[0010]优选的是,所述步骤(I)中的所述活泼性大于硅的金属采用锂、钠、钾、镁、钙、铝、钛中的一种或几种。
[0011]优选的是,所述步骤(I)中,所述活泼性大于硅的金属的量为能将所述二氧化硅全部还原的理论用量的80%〜120%。
[0012]优选的是,所述步骤(I)中的所述二氧化硅为多孔硅胶、介孔二氧化硅、气相二氧化硅及石英砂中的一种或几种。
[0013]优选的是,所述步骤(I)中用所述活泼性大于硅的金属将二氧化硅还原时加热到4000C-9000C,保温时间为2小时〜24小时。
[0014]优选的是,所述步骤(2)中的所述酸为醋酸、盐酸、硫酸中的一种或几种。
[0015]优选的是,所述步骤(2)中所述酸的量为能将所述金属氧化物全部腐蚀掉的理论用量的150%〜400%。
[0016]优选的是,所述步骤(3)中,在所述多孔硅的表面包覆碳的方法为
[0017] 将所述多孔硅与所述碳源混合后,通过水热法在所述多孔硅的表面包覆碳前驱体,再在惰性气氛下灼烧;
[0018]或者将所述多孔硅与所述碳源混合,直接在惰性气氛下灼烧;
[0019]或者使用气态碳源通过化学气相沉积法在所述多孔硅的表面包覆碳。
[0020]更优选的是,在所述多孔硅的表面包覆碳的具体方法为:将所述多孔硅与碳源混合放入到水热反应釜中,加热到120 0C-180 0C,保温时间为6小时〜24小时,得到多孔硅表面包覆碳前驱体;再在惰性气氛中加热碳化,加热温度为500 °0900°C,保温时间为2小时〜8小时,得到娃碳复合材料。
[0021]优选的是,所述步骤(3)中的所述碳源为蔗糖、乳糖、葡萄糖、淀粉、纤维素、聚乙烯醇、柠檬酸中的一种或几种。
[0022] 优选的是,所述步骤(3)中的所述碳源的量为所述多孔硅的50wt%~200wt%。
[0023]本发明还提供一种硅碳复合材料,其是由上述所述的方法制备的。
[0024]本发明还提供一种锂离子电池,其负极含有上述所述的硅碳复合材料,即使用上述硅碳复合材料制备锂离子电池的负极,再组装成锂离子电池。
[0025]本发明的有益效果:该硅碳复合材料中的硅通过金属热还原法制备,金属热还原法制备的多孔硅颗粒为微米级,所以几乎不发生团聚;且多孔硅颗粒内部的孔壁和孔径为纳米级,与无孔的微米级硅粉相比,缩短了锂离子在硅基体中扩散路径,有利于大电流充放电;多孔硅颗粒内部的孔隙可以容纳硅嵌锂过程中的体积膨胀,延长材料的充放电循环寿命。使用该方法制得多孔硅颗粒,替代传统意义上的纳米硅,大大节约了成本。再在多孔硅颗粒表面均匀包覆具有一定孔隙的碳层,从而增强了硅碳复合材料的导电能力。
附图说明
[0026]图1为本发明实施例1中制备硅碳复合材料过程中材料结构变化的示意图;
[0027]图2是本发明实施例1制备的硅碳复合材料制成的锂离子电池的充放电循环性能测试图。
[0028]图中:1-多孔硅颗粒;2-孔隙;3-碳前驱体层;4-碳层。
具体实施方式
[0029]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0030] 实施例1
[0031]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0032] (I)分别称取气相二氧化硅粉体(粒径30nm)、钙颗粒(粒径1mm),其中钙的量为能将气相二氧化硅粉体全部还原的理论用量的100%。将两者混合并向其中加入甲苯,再加入钢球,放入行星式球磨机内,以350转/分钟球磨6小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到600°C,保温I小时;之后再以5°C/分钟升温到800°C,保温I小时,得到多孔硅-氧化钙的复合物。
[0033] (2)将多孔硅-氧化钙的复合物放入烧杯中,并向其中加入盐酸,其中盐酸的量为能将氧化钙全部腐蚀掉的理论用量的200%,搅拌24小时得到多孔硅。
[0034] (3)将多孔硅加入到烧杯中,再向其中加入蔗糖溶液,搅拌均匀,其中,蔗糖溶液中的蔗糖质量为多孔硅的150wt%。然后放入到水热反应釜中,加热到120°C,保温10小时,反应结束后将产物过滤干燥。最后将干燥过的产物转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到700°C,保温6小时,制备得到硅碳复合材料。
[0035]在锂离子电池充放电过程中,锂离子在电极材料中的扩散很慢,所以为了提高电池的大电流充放电能力,都会尽量缩短锂离子在电极材料中的扩散距离,常见的方法是将电极材料纳米化,目前硅基负极材料多采取纳米级的硅粉。但是由于纳米级的硅粉的颗粒太小,团聚现象严重,很难有效分散。对于纳米级的硅粉,只有硅粉之间由于堆积不紧密才会存在少量孔隙2,而堆积出来的孔隙2很容易塌陷,所以很难制备成高性能的硅碳复合材料。
[0036]本实施例中通过钙将气相二氧化硅还原得到多孔硅,该方法为金属热还原法。通过金属热还原法制备出来的多孔硅颗粒I为微米级,但是其孔壁厚度约为几十纳米,所以通过金属热还原法制备出来的多孔硅也叫纳米多孔硅。该多孔硅颗粒I为微米级的,所以该多孔硅颗粒I几乎不发生团聚;而该多孔硅颗粒I内部的孔隙2为纳米级,可以很好的容纳硅嵌锂过程中的体积膨胀,从而减少整个多孔硅颗粒I的体积膨胀,有利于延长硅基负极材料的充放电循环寿命,且大电流充放电能力与纳米硅粉接近。该多孔硅颗粒I既具有微米硅粉体团聚倾向较小的优点,又具有纳米硅的大电流充放电能力。金属热还原法制备出的具有该性质的多孔硅颗粒I的方法中并不局限于钙对于二氧化硅的还原,同样也适用于其他比硅活泼的金属还原二氧化硅得到多孔硅颗粒I。
[0037]如图1所示,通过水热法可以在多孔硅颗粒I外包覆一层完整、均匀、很薄的碳前驱体层3,再经过高温碳化形成碳层4对多孔硅颗粒I的完整的包覆。而常见的溶液湿法包覆会导致碳前驱体填满多孔硅颗粒I的孔隙2,从而在多孔硅颗粒I的表面包覆碳前驱体后形成大的团聚体。由于水热法既实现了对于多孔硅颗粒I的完整包覆,又用到了最少量的蔗糖在多孔硅颗粒I的表面以及孔隙2的壁上形成了一层完整的碳前驱体层3,这样大大节约了蔗糖的用量。碳前驱体层3在惰性气氛下,经过高温碳化在多孔硅颗粒I的表面形成了一层具有一定孔隙的碳层4,该碳层4形成了覆盖在多孔硅颗粒I表面的完整的导电网络。由于碳层4很薄,碳层4只会在多孔硅颗粒I的表面以及孔隙2的壁上,而不会在多孔硅颗粒I形成的球体的接触处,也不会将多孔硅颗粒I的孔隙2堵住,所以多孔硅颗粒I外包覆碳层4后不会将原有的多孔硅颗粒I的球体粘接形成大的团聚体。通过水热法在多孔硅颗粒I的表面包覆碳前驱体层3,经过碳化后形成的多孔硅颗粒I外包覆碳的复合材料为保持分散性良好的许多单个球形颗粒。由于水热法在多孔硅颗粒I的表面的碳前驱体层3很薄,所以经过碳化、腐蚀过程后,最终形成的硅碳复合材料5中的硅含量较高,且硅碳复合材料5具有较高的比容量。
[0038]将所得硅碳复合材料分别与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比80:10:10混合,用NMP(1-甲基-2-吡咯烷酮)将此混合物调制成浆料,均匀涂覆在铜箔上,100 °C真空干燥24小时,制得实验电池用极片。以锂片为对电极,电解液为lmol/L的LiPF6溶液,溶剂为EC(乙基碳酸酯)+DMC( 二甲基碳酸酯)(体积比1:1),隔膜为celgard2400膜,在充满氩气气氛的手套箱内装配成CR2025型扣式电池。
[0039 ]如图1所示为本实施例制备的硅碳复合负极材料做成的扣式电池的充放电循环性能测试图,首次放电比容量达到了2038mAh/g,100次循环后仍然保持在741mAh/g。
[0040]该娃碳复合材料中的娃通过金属热还原法制备,金属热还原法制备的多孔娃颗粒I为微米级,所以几乎不发生团聚;且多孔硅颗粒I内部的孔隙2和孔壁为纳米级,与无孔的微米级硅粉相比,缩短了锂离子在硅基体中扩散路径,有利于大电流充放电;且多孔硅颗粒内部的孔隙2可以很好的容纳硅嵌锂过程中的体积膨胀,从而延长硅碳复合材料的充放电循环寿命,且具有纳米硅的大电流充放电能力。使用该方法制得多孔硅颗粒I,替代传统意义上的纳米硅,大大节约了成本。再在多孔硅颗粒I表面均匀包覆具有一定孔隙2的碳层4,从而增强了硅碳复合材料的导电能力。
[0041 ] 实施例2
[0042]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0043] (I)分别称取介孔二氧化硅粉体(SBA-15,其属于介孔分子筛的一种)、钾(粒径1mm),其中钾的量为能将介孔二氧化硅粉体全部还原的理论用量的80%。将两者混合并向其中加入环己烷,再加入钢球,放入行星式球磨机内,以350转/分钟球磨8小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到550°C,保温5小时;之后再以5°C/分钟升温到800°C,保温12小时,得到多孔硅-氧化钾的复合物。
[0044] (2)将多孔硅-氧化钾的复合物放入烧杯中,并向其中加入醋酸,其中醋酸的量为能将氧化钾全部腐蚀掉的理论用量的150%,搅拌12小时得到多孔硅。
[0045] (3)将多孔硅加入到烧杯中,再向其中加入纤维素溶液,搅拌均匀,其中,纤维素溶液中的纤维素质量为多孔硅的125wt%。然后放入到水热反应釜中,加热到150°C,保温12小时,反应结束后将产物过滤干燥。最后将干燥过的产物转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到900°C,保温2小时,制备得到硅碳复合材料。
[0046]按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的硅碳复合材料制成扣式电池,并对该电池进行充放电循环性能测试:首次放电比容量达到了 2230mAh/g,100次循环后仍然保持在862mAh/g。
[0047] 实施例3
[0048]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0049] (I)分别称取石英砂、镁(粒径1mm),其中镁的量为能将石英砂全部还原的理论用量的110%。将两者混合并向其中加入环己烷,再加入钢球,放入行星式球磨机内,以300转/分钟球磨6小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到650°C,保温2小时;之后再以5°C/分钟升温到900°C,保温3小时,得到多孔硅-氧化镁的复合物。
[0050] (2)将多孔硅-氧化镁的复合物放入烧杯中,并向其中加入醋酸和盐酸的混合物,其中醋酸和盐酸混合物的量为能将氧化镁全部腐蚀掉的理论用量的400%,搅拌16小时得到多孔硅。
[0051 ] (3)将多孔硅加入到烧杯中,再向其中加入柠檬酸溶液,搅拌均匀,其中,柠檬酸溶液中的柠檬酸质量为多孔硅的200wt%。然后放入到水热反应釜中,加热到180 °C,保温6小时,反应结束后将产物过滤干燥。最后将干燥过的产物转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到750°C,保温4小时,制备得到硅碳复合材料。
[0052]按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的硅碳复合材料制成扣式电池,并对该电池进行充放电循环性能测试:首次放电比容量达到了 1545mAh/g,100次循环后仍然保持在643mAh/g。
[0053] 实施例4
[0054]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0055] (I)分别称取多孔硅胶、铝(粒径1mm),其中铝的量为能将多孔硅胶全部还原的理论用量的90%。将两者混合并向其中加入钢球,放入行星式球磨机内,以300转/分钟球磨4小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到400°C,保温5小时;之后再以5°C/分钟升温到800°C,保温19小时,得到多孔硅-氧化铝的复合物。由于铝不会在空气中与氧气剧烈反应,所以在此将铝与多孔硅胶混合过程中不需要使用惰性的有机溶剂将铝与空气隔离,这样可以不使用惰性的有机溶剂作为分散剂。
[0056] (2)将多孔硅-氧化铝的复合物放入烧杯中,并向其中加入盐酸,其中盐酸的量为能将氧化铝全部腐蚀掉的理论用量的350%,搅拌12小时得到多孔硅。
[0057] (3)将多孔硅加入到烧杯中,再向其中加入含有葡萄糖和淀粉的溶液(其中,葡萄糖与淀粉的质量比为2:1),搅拌均匀,其中,含有葡萄糖和淀粉的溶液中的葡萄糖和淀粉质量和为多孔硅的190wt%。然后放入到水热反应釜中,加热到1600C,保温24小时,反应结束后将产物过滤干燥。最后将干燥过的产物转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到500°C,保温8小时,制备得到硅碳复合材料。
[0058]按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的硅碳复合材料制成扣式电池,并对该电池进行充放电循环性能测试:首次放电比容量达到了 1792mAh/g,100次循环后仍然保持在576mAh/g。
[0059] 实施例5
[0060]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0061] (I)分别称取介孔二氧化硅粉体(SBA-15,其属于介孔分子筛的一种)、锂和钠的混合物(其中锂和钠的摩尔比为1:1),其中锂和钠的混合物的量为能将介孔二氧化硅粉体全部还原的理论用量的120% ο将两者混合并向其中加入环己烷,再加入钢球,放入行星式球磨机内,以300转/分钟球磨5小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将i甘祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到600°C,保温3小时;之后再以5°C/分钟升温到850°C,保温11小时,得到多孔硅-氧化锂的复合物和多孔硅-氧化钠复合物的混合物。
[0062] (2)将多孔硅-氧化锂的复合物和多孔硅-氧化钠复合物的混合物放入烧杯中,并向其中加入硫酸,其中硫酸的量为能将氧化锂和氧化钠全部腐蚀掉的理论用量的300%,搅拌6小时得到多孔硅。
[0063] (3)将多孔硅加入到烧杯中,再向其中加入乳酸溶液,搅拌均匀,其中,乳酸溶液中的乳酸质量为多孔硅的50wt%ο然后放入到水热反应釜中,加热到140 °C,保温18小时,反应结束后将产物过滤干燥。最后将干燥过的产物转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到700°C,保温2.5小时,制备得到硅碳复合材料。
[0064]按照实施例1中制备扣式电池的方法,使用本实施例制得的硅碳复合材料制成扣式电池,并对该电池进行充放电循环性能测试:首次放电比容量达到了 1317mAh/g,100次循环后仍然保持在355mAh/g。
[0065] 实施例6
[0066]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0067] (I)分别称取多孔硅胶和气相二氧化硅粉体(粒径30nm)的混合物(其中,多孔硅胶和气相二氧化硅粉体的摩尔比为1:1)、钛,其中钛的量为能将多孔硅胶和气相二氧化硅粉体的混合物全部还原的理论用量的95%。将两者混合并向其中钢球,放入行星式球磨机内,以400转/分钟球磨3小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到900°C,保温4小时,得到多孔硅-氧化钛的复合物。
[0068] (2)将多孔硅-氧化钛的复合物放入烧杯中,并向其中加入硫酸,其中硫酸的量为能将氧化钛全部腐蚀掉的理论用量的250%,搅拌8小时得到多孔硅。
[0069] (3)将多孔硅与聚乙烯醇混合并向其中加入钢球,放入行星式球磨机内,以300转/分钟球磨5小时,得到多孔硅与聚乙烯醇的混合物。将该混合物转入坩祸中,再将坩祸放入到气氛炉中,在惰性气氛保护下升温到700°C,保温7小时,制备得到硅碳复合材料。通过该干法包覆,大大简化的制备工艺过程。
[0070] 实施例7
[0071 ]本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0072] (I)分别称取介孔二氧化硅粉体(SBA-15,其属于介孔分子筛的一种)、镁,其中镁的量为能将介孔二氧化硅粉体全部还原的理论用量的115%。将两者混合并向其中加入环己烷,再加入钢球,放入行星式球磨机内,以350转/分钟球磨3小时,得到混合好的浆料。将上述混合好的浆料转入坩祸中,再将坩祸放入气氛炉中,在氩气保护下5°C/分钟升温到4500C,保温5小时;之后再以5°C/分钟升温到875°C,保温6小时,得到多孔硅-氧化镁的复合物。
[0073] (2)将多孔硅-氧化镁的复合物放入烧杯中,并向其中加入醋酸,其中醋酸的量为能将氧化镁全部腐蚀掉的理论用量的300%,搅拌10小时得到多孔硅。
[0074] (3)将多孔硅的复合材料放在管式炉的中央,将管式炉抽真空至炉内压力小于等于0.01个大气压,此时通入氩气和乙炔的混合气体(其中,氩气和乙炔的体积比为9:1),然后以7°C/分钟的速度升温至900°C,并保温10分钟,制备得到硅碳复合材料。使用化学气相沉积法,可以在多孔硅的表面迅速而且均匀的包覆上具有一定孔隙的碳层。
[0075] 实施例8
[0076]本实施例提供一种硅碳复合材料,其是由上述方法制备的。
[0077] 实施例9
[0078]本实施例提供一种锂离子电池,其负极含有上述硅碳复合材料。
[0079]当然,本实施的锂离子电池中还应包括正极材料、集流体等其它公知的材料、元件等。
[0080]可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)用活泼性大于硅的金属将二氧化硅还原,还原时加热到4000C〜9000C,保温时间为2小时〜24小时,得到多孔硅-金属氧化物的复合物,其中,所述二氧化硅为石英砂,所述活泼性大于娃的金属的量为能将所述二氧化娃全部还原的理论用量的80%〜95% ; (2)用酸将所述多孔硅-金属氧化物的复合物中的金属氧化物腐蚀掉,得到多孔硅,所述酸为醋酸、盐酸、硫酸中的一种或几种; (3)使用碳源作为原料在所述多孔硅的表面包覆碳,得到硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(I)中的所述活泼性大于硅的金属采用锂、钠、钾、镁、钙、铝、钛中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,在所述多孔硅的表面包覆碳的方法为 将所述多孔硅与所述碳源混合后,通过水热法在所述多孔硅的表面包覆碳前驱体,再在惰性气氛下灼烧; 或者将所述多孔硅与所述碳源混合,直接在惰性气氛下灼烧; 或者使用气态碳源通过化学气相沉积法在所述多孔硅的表面包覆碳。
4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的所述碳源为蔗糖、乳糖、葡萄糖、淀粉、纤维素、聚乙烯醇、柠檬酸中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的所述碳源的量为所述多孔娃的50wt%〜200wt%。
6.—种娃碳复合材料,其特征在于,其是由权利要求1〜5任意一项所述的方法制备的。
7.一种锂离子电池,其特征在于,其负极含有权利要求6所述的硅碳复合材料。
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