CN104617261B - 一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，通过先在纳米硅的表面包覆碳源，再在微波处理中生成了碳纳米管，引入的催化剂也在硅表面包覆着，这样表面包覆的碳源催化裂解生成的碳纳米管在纳米硅的表面分布很均匀，解决了现有技术中纳米硅的体积膨胀效应高、首次充放电效率低和循环稳定性能差的问题，相对于机械球磨混合的硅碳纳米管负极材料而言，本发明方法制备的硅与碳纳米管属于原位复合，导电性能和机械性能得到很大的提升，作为锂离子电池负极材料时，循环性能与倍率充放电性能、首次充放电效率都得到很大的提升。并且，本发明制备方法工艺简单，使用简单高效的微波化学法，大大地降低了能耗。

Description

一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法
技术领域
本发明涉及硅碳材料领域技术，尤其是指一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法。
背景技术
目前，商业化的锂离子电池的负极材料主要使用石墨材料，但是石墨材料的理论容量低（372 mAh/g），无法满足高比容量锂离子的需求。硅因具有非常高的理论比容量(约4200 mAh/g)而受到越来越多的关注，它被认为是最有可能替代石墨负极的材料之一,然而硅基负极却迟迟未投入到商业化使用中。这是因为硅在嵌/脱锂过程中会产生约300 %的体积膨胀/收缩,巨大的体积变化会造成硅电极的粉化剥落,使娃颗粒之间以及硅与集流体之间失去电接触,电极的比容量急剧下降甚至完全失效。针对硅材料的严重体积效应，研究者们广泛采用对其进行改性以提高循环性能，其中一个有效的方法就是制备硅碳复合材料，利用复合材料各组分间的协同效应，一方面抑制硅颗粒的粉化，另一方面避免充放电过程中可能发生的硅颗粒团聚现象。专利 CN1909266A公开了一种具有纳米多孔结构的硅铜碳复合材料，由高能球磨法制备。该材料表现出良好的充放电循环稳定性，但是高能球磨法耗能高，费时，不利于大规模工业化生产。专利CN 102694155A 公开了一种硅碳复合材料及其制备方法及使用该材料制备的锂离子电池。该硅碳复合材料的制备方法包括以下步骤 ：
（1）将一氧化硅制得的二氧化硅包覆纳米硅的复合材料、多孔性碳基体材料、过量的氢氟酸溶液混合，得到多孔性碳基体材料孔隙间复合有纳米硅粒子的复合材料 ；（2）用高分子聚合物包覆多孔性碳基体材料孔隙间复合有纳米硅粒子的复合材料，在惰性气氛下，加热得到多孔碳球包覆的硅碳复合材料。该硅碳复合材料虽在一定程度上缓解活性颗粒在充放电过程中的粉化脱落现象，体积膨胀效应有所改善，但是该材料循环性能仍欠佳，且首次充放电效率只有 70% 左右，无法满足商品化要求。碳纳米管（CNTs）具有良好的导电性能和机械强度，通过碳纳米管与纳米硅材料复合将有利于增强活性物质之间的电接触和交联强度，从而有效改善纳米硅基材料的导电性和颗粒之间的膨胀缓冲空间，对提高硅基材料首次效率和改进循环稳定性具有重要的促进作用。目前，研究人员将多壁碳纳米管与纳米硅进行简单的机械球磨而得硅碳纳米管复合材料，这种球磨只是将纳米硅颗粒和碳纳米管简单的机械混合，且在球磨过程中易破坏原料的形貌结构，能耗很高。
因此，开发一种工艺简单、循环性能与倍率充放电性能好、首次充放电效率高、制备成本低廉的锂离子电池负极材料制备方法是所属领域的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其能有效解决
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，包括有以下步骤：
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声0.5～2h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为0.2～5:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.5%～2%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.5%～1%；
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨1～5 h，研磨速度为500～2500 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至5～40%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150～300 ℃，出风温度为100～150 ℃，恒流泵转度 50～100 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为1～50 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为600～2000w 的微波炉中，加热10～600s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
作为一种优选方案，所述碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、糠醛树脂或高温沥青。
作为一种优选方案，所述催化剂为硝酸镍、硫酸镍、硝酸铁、二茂铁或者纳米铁中的一种或者多种。
作为一种优选方案，所述溶剂为乙醇、乙二醇和四氢呋喃中的一种或多种。
作为一种优选方案，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺或十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
作为一种优选方案，所述纳米硅的粒径为 50～200 nm。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
通过先在纳米硅的表面包覆碳源，再在微波处理中生成了碳纳米管，引入的催化剂也在硅表面包覆着，这样表面包覆的碳源催化裂解生成的碳纳米管在纳米硅的表面分布很均匀，解决了现有技术中纳米硅的体积膨胀效应高、首次充放电效率低和循环稳定性能差的问题，原因在于 ：首先，相对于纳米硅表面包覆热解碳而言，比表面积大的碳纳米管可以更有效地缓解脱嵌锂过程中硅的体积膨胀效应，抑制活性物质的粉化 ；其次，导电性优良的碳纳米管可以提供电子传输的通道，能够提高纳米硅的导电性，使其发挥出更大的容量。相对于机械球磨混合的硅碳纳米管负极材料而言，本发明方法制备的硅与碳纳米管属于原位复合，导电性能和机械性能得到很大的提升，作为锂离子电池负极材料时，循环性能与倍率充放电性能、首次充放电效率都得到很大的提升。并且，本发明制备方法工艺简单，使用简单高效的微波化学法，大大地降低了能耗。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的制备流程示意图；
图2是本发明制得之硅碳纳米管复合负极材料的SEM图。
具体实施方式
请参照图1所示，其显示出了本发明之一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法的制备流程，包括有以下步骤：
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声0.5～2h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为0.2～5:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.5%～2%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.5%～1%；所述纳米硅的粒径为 50～200 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺或十二烷基硫酸钠中的一种或多种；所述碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、糠醛树脂或高温沥青；所述催化剂为硝酸镍、硫酸镍、硝酸铁、二茂铁或者纳米铁中的一种或者多种；所述溶剂为乙醇、乙二醇和四氢呋喃中的一种或多种。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨1～5 h，研磨速度为500～2500 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至5～40%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150～300 ℃，出风温度为100～150 ℃，恒流泵转度 50～100 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为1～50 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为600～2000w 的微波炉中，加热10～600s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
下面用具体实施例以及对比例对本发明进行说明。
实施例1
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声0.5h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为0.2:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.6%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.8%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 100 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮；所述碳源为葡萄糖；所述催化剂为硝酸镍；所述溶剂为无水乙醇。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨2.5h，研磨速度为1000 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至30%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为220 ℃，出风温度为145 ℃，恒流泵转度78r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为25 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1200w 的微波炉中，加热400s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例2
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声0.8h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为1.5:1，催化剂用量为纳米硅质量的1.2%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.7%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 150 nm；所述分散剂为聚乙烯亚胺；所述碳源为蔗糖；所述催化剂为硫酸镍；所述溶剂为乙醇。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨2 h，研磨速度为1200 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至20%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150 ℃，出风温度为115 ℃，恒流泵转度 80r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为45mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1800w 的微波炉中，加热10s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例3
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声1h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为1:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.9%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.55%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 80 nm；所述分散剂为十二烷基硫酸钠；所述碳源为酚醛树脂；所述催化剂为硝酸铁；所述溶剂为乙二醇。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨3 h，研磨速度为800 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至25%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为200 ℃，出风温度为100 ℃，恒流泵转度 60 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为10 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为2000w 的微波炉中，加热500s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例4
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声1.2h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为0.8:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.5%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.6%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 125 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯亚胺；所述碳源为糠醛树脂；所述催化剂为二茂铁；所述溶剂为四氢呋喃。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨4 h，研磨速度为500r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至35%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为300 ℃，出风温度为120 ℃，恒流泵转度 50r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为1 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1500w 的微波炉中，加热400s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例5
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声1.3h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为2:1，催化剂用量为纳米硅质量的1.1%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.9%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 60 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基硫酸钠；所述碳源为高温沥青；所述催化剂为纳米铁；所述溶剂为无水乙醇和乙醇。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨4.5h，研磨速度为500r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至5%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为300℃，出风温度为150 ℃，恒流泵转度100 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为16 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1400w 的微波炉中，加热300s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例6
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声1.5h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为3:1，催化剂用量为纳米硅质量的1.1%，分散剂用量为纳米硅质量的0.5%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为175 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和十二烷基硫酸钠；所述碳源为葡萄糖；所述催化剂为硫酸镍和硝酸铁；所述溶剂为乙醇和乙二醇。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨1 h，研磨速度为1600 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至10%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为180 ℃，出风温度为125 ℃，恒流泵转度100 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为50 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为600w 的微波炉中，加热600s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例7
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声1.8h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为4:1，催化剂用量为纳米硅质量的1.7%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.95%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为 50 nm；所述分散剂为聚乙烯亚胺和十二烷基硫酸钠；所述碳源为蔗糖；所述催化剂为二茂铁和纳米铁；所述溶剂为乙二醇和四氢呋喃。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨1.5 h，研磨速度为500 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至28%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为280 ℃，出风温度为130 ℃，恒流泵转度95r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为35 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为800w 的微波炉中，加热80s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
实施例8
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声2h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为5:1，催化剂用量为纳米硅质量的2%，分散剂用量为纳米硅质量的1%；在本实施例中，所述纳米硅的粒径为200 nm；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和十二烷基硫酸钠；所述碳源为糠醛树脂；所述催化剂为硝酸镍、硫酸镍、硝酸铁、二茂铁和纳米铁；所述溶剂为无水乙醇、乙醇、乙二醇和四氢呋喃。
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨5 h，研磨速度为2500 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至40%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为290 ℃，出风温度为135 ℃，恒流泵转度 95 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为38 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为1700w 的微波炉中，加热20s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
对比例1
采用常规石墨材料。
对比例2
采用常规使用纳米硅和碳纳米管按照一定比例混合的复合材料。
电化学性能测试
为检测本发明的锂离子电池负极材料的性能，用半电池测试方法测试，用以上实施例和对比例的负极材料∶SBR(固含量50％)∶CMC∶Super-p＝95.5∶2∶1.5∶1(重量比 )，加适量去离子水调和成浆状，涂布于铜箔上并于真空干燥箱内干燥 12 小时制成负极片，电解液为1M LiPF6/EC+DEC+DMC ＝ 1 ∶ 1 ∶ 1，聚丙烯微孔膜为隔膜，对电极为锂片，组装成电池。在LAND电池测试系统进行恒流充放电实验，充放电电压限制在 0.01～3.0 V，用计算机控制的充放电柜进行数据的采集及控制。
表 1 列出了不同实施例和对比例的负极材料性能比较。
从表1可以看出，所制备出的硅碳纳米管复合负极材料，拥有优良的容量性能、循环性能与倍率充放电性能、首次充放电效率。原位生长的碳纳米管起到了非常关键的作用：首先，比表面积很大的碳纳米管可以有效的缓解脱嵌锂过程中硅的体积膨胀效应，抑制活性物质的粉化 ；其次，导电性优良的碳纳米管可以提供电子传输的通道，能够提高硅的导电性。
此外，从图2可以看出，碳纳米管在纳米硅的表面原位生长，分布均匀，直径约50～100nm。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）分散：将纳米硅、分散剂、碳源和催化剂分散于溶剂中，超声0.5～2h，得到混合浆料，碳源和纳米硅的质量比为0.2～5:1，催化剂用量为纳米硅质量的0.5%～2%，分散剂用量为纳米硅质量的 0.5%～1%；
（2）研磨：将混合浆料使用砂磨机研磨1～5 h，研磨速度为500～2500 r/min，然后加入溶剂调节混合浆料的固体质量含量至5～40%；
（3）干燥：将研磨过的混合浆料使用喷雾干燥机干燥成粉，喷雾干燥进风温度为150～300 ℃，出风温度为100～150 ℃，恒流泵转度 50～100 r/min；
（4）微波加热：将步骤（3）得到的粉体移至压力为1～50 mPa高压反应釜中，然后将反应釜放置在功率为600～2000w 的微波炉中，加热10～600s，冷却至室温，得到所述锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：所述碳源为葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、糠醛树脂或高温沥青。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：所述催化剂为硝酸镍、硫酸镍、硝酸铁、二茂铁或者纳米铁中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙醇、乙二醇和四氢呋喃中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺或十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池硅碳纳米管复合负极材料制备方法，其特征在于：所述纳米硅的粒径为 50～200 nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107134565A (zh) * 2017-03-17 2017-09-05 西安交通大学苏州研究院 复合电极材料及其制备方法和应用
CN107069046A (zh) * 2017-04-27 2017-08-18 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种金属空气电池阴极及其制备方法、金属空气电池
CN109390571A (zh) * 2018-10-09 2019-02-26 云南能投汇龙科技股份有限公司 一种锂离子电池硅碳负极材料及制备方法
KR102543071B1 (ko) * 2018-11-13 2023-06-14 주식회사 엘지에너지솔루션 음극 활물질 및 이의 제조 방법
CN110071276A (zh) * 2019-04-26 2019-07-30 吉林大学 纳米金刚石与SiOx复合电极材料及制备方法
CN110148736A (zh) * 2019-06-03 2019-08-20 哈尔滨工业大学 一种硅/碳纳米管/钴复合材料的制备方法及其应用
CN110697685B (zh) * 2019-09-03 2021-11-05 桑德新能源技术开发有限公司 硅碳负极活性材料及其制备方法、硅碳负极材料、锂离子电池
CN110534746B (zh) * 2019-09-19 2021-02-19 华南农业大学 一种碳化钨/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用
CN112366306B (zh) * 2021-01-12 2021-04-09 拓米(成都)应用技术研究院有限公司 一种纳米硅复合负极材料及其制造方法
CN112938940B (zh) * 2021-03-01 2023-06-13 浙江清华柔性电子技术研究院 硅-碳纳米管及硅-碳纳米管复合膜的制备方法、设备、硅-碳纳米管复合膜及锂电池
CN113732013A (zh) * 2021-08-27 2021-12-03 昆明理工大学 一种废弃光伏组件的微波催化处理方法及其得到的硅碳复合材料
CN115332496B (zh) * 2022-07-15 2023-05-02 胜华新材料集团股份有限公司 一种锂离子电池所用硅氧复合材料的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101250587B1 (ko) * 2010-04-20 2013-04-03 연세대학교 산학협력단 전이금속 산화물/탄소나노튜브 복합체 제조 방법 및 그 복합체
CN102903896B (zh) * 2012-10-22 2015-07-29 深圳清华大学研究院 用于锂离子电池的硅碳复合负极材料、其制备方法和应用
CN103275461A (zh) * 2013-06-13 2013-09-04 石家庄铁道大学 利用微波快速制备的高性能环氧树脂/碳纳米管复合材料及方法
CN103606702A (zh) * 2013-11-15 2014-02-26 江苏天鹏电源有限公司 一种制造简便比容量高的锂离子电池
CN103663454A (zh) * 2013-11-30 2014-03-26 孙永平 微波碳热还原法合成锂离子电池正极材料

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