CN105633406A - 一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法 - Google Patents

一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105633406A
CN105633406A CN201610133133.5A CN201610133133A CN105633406A CN 105633406 A CN105633406 A CN 105633406A CN 201610133133 A CN201610133133 A CN 201610133133A CN 105633406 A CN105633406 A CN 105633406A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon dioxide
ion battery
silicon
carbon
porous carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610133133.5A
Other languages
English (en)
Inventor
师春生
袁志男
赵乃勤
刘恩佐
何春年
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610133133.5A priority Critical patent/CN105633406A/zh
Publication of CN105633406A publication Critical patent/CN105633406A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明涉及一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法，包括以下4个步骤：将硅酸钠、葡萄糖和氯化钠按照1-1.5：3.5-4：16-18的质量配比溶解于去离子水中；将配置好的溶液干燥，获得棕色焦糖状前驱体。将获得的前驱体进行研磨至细微粉末，进行煅烧，在Ar气氛中，以8℃/min的速率升温至650℃，并保温，获得硅酸钠/碳前驱体。利用强酸制弱酸原理，将硅酸钠/碳前驱体置入浓盐酸，之后在170℃烘箱中进行干燥，经过水洗后获得二氧化硅/多孔碳复合材料。本发明所制得的二氧化硅/多孔碳纳米复合材料作为锂离子电池负极获得了良好的电化学循环稳定性以及优良的倍率性能。

Description

一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法
所属技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料制备方法。
背景技术
锂离子电池由正、负极材料，电解液，隔膜，集流体，粘结剂，导电剂，电池壳，极耳等构成，其中正负极和电解液是解决锂离子电池性能最为关键的技术。参见吴宇平，袁翔云，董超，段冀渊，锂离子电池：应用与实践，化学工业出版社，2004.而负极材料作为锂离子电池的主要储锂主体，在充放电过程中它实现锂离子的嵌入和脱出。
碳材料在锂二次电池中的成功应用促进了锂离子电池的产生，多种碳材料得到了广泛的研究。目前，已经产业化的锂离子电池的负极材料主要是各种碳材料，参见黄可龙,王兆翔,刘素琴，锂离子电池原理与关键技术，化学工业出版社,2008.包括石墨化碳材料和无定形碳材料，如天然石墨、石墨化中间相碳微珠、软炭(如焦炭)和一些硬碳等。但是碳材料存在着比容量低、首次充放电效率低、有机溶剂共嵌入等不足，促使人们开始了对其他高比容量的非碳材料的开发。
近年来人们也开始关注二氧化硅作为电极材料，在过去的几十年中，二氧化硅一直被认为在锂离子存储上不具备电化学活性，直到Gao等人报道了商业二氧化硅纳米颗粒与锂在0-1V电压范围内进行反应且具有400mAh/g的可逆容量，且具有较低的充电电位，参见GaoB,SinhaS,FlemingL,etal.,Alloyformationinnanostructuredsilicon,AdvancedMaterials,2001,13(11):816-819；另外，二氧化硅较硅具有改善的循环稳定性，资源丰富，生产成本低。但是，在锂化过程中会产生硅纳米颗粒，因此二氧化硅在充放电过程中也存在体积膨胀过程，同时二氧化硅导电性差，需引入导电性好，且体积效应小的活性/非活性基体与之进行复合，一方面能够改善其导电性，另一方面还可以提高其结构的稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的二氧化硅、碳材料自身的不足，将二氧化硅与碳材料进行复合，提供一种锂离子电池负极材料制备方法。本发明一方面解决二氧化硅导电性差、体积膨胀的问题，另一方面提高复合材料的电化学性能。本发明工艺简单、成本低廉、绿色环保，所制得的二氧化硅/多孔碳纳米复合材料作为锂离子电池负极获得了良好的电化学循环稳定性以及优良的倍率性能。
一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法，利用硅酸钠、葡萄糖分别作为硅源和碳源，并采用氯化钠作为模板，通过热干的方法获得稳定的三维多孔结构，包括以下4个步骤：
(1)将硅酸钠、葡萄糖和氯化钠按照1-1.5：3.5-4：16-18的质量配比溶解于去离子水中；
(2)将配置好的溶液干燥，获得棕色焦糖状前驱体。
(3)将获得的前驱体进行研磨至细微粉末，进行煅烧，在Ar气氛中，以8℃/min的速率升温至650℃，并保温，获得硅酸钠/碳前驱体。
(4)利用强酸制弱酸原理，将硅酸钠/碳前驱体置入浓盐酸，之后在170℃烘箱中进行干燥，经过水洗后获得二氧化硅/多孔碳复合材料。
本发明具有如下优点：本发明改善了二氧化硅的导电性，缓解了其在嵌锂/脱锂过程中的体积变化；此外，复合材料的电化学性能得到了很好的改善。在100mA/g的电流密度下，循环50次比容量仍能保持在434mAh/g；同时，其倍率性能也得到很改善，即使在5A/g的电流密度下比容量仍能保持在189mAh/g。另外该实验方法工艺简单、绿色环保、成本低廉。
附图说明
图1为复合材料的显微结构。(a)二氧化硅/碳纳米复合材料的扫描电子显微图像；(b)图(a)的局部放大；(c)，(d)二氧化硅/碳纳米复合材料的透射电镜图像。
图2为复合材料中元素分布。(a)二氧化硅在碳基体上的透射照片；(b)，(c)，(d)分别为元素C，Si，O在结构中元素分布。
图3为复合材料的物相表征结果。(a)二氧化硅/碳纳米复合材料的傅里叶红外图谱；(b)二氧化硅/碳纳米复合材料X射线衍射图谱。
图4为二氧化硅/碳纳米材料的电化学性能(a)循环性能；(b)倍率性能。
具体实施方式
将1.25g硅酸钠、3.75g葡萄糖、16.75g氯化钠加入到225ml去离子水中进行混合，强力搅拌4h后在80℃条件下烘干12h。随后将干燥获得的前驱体在氩气保护环境下，650℃条件下煅烧2h，获得硅酸钠/碳复合材料。利用强酸制弱酸原理，加入一定量的盐酸，获得硅酸/碳复合材料。然后，在170℃温度下5h干燥，再进行水洗之后最终获得二氧化硅/多孔碳复合结构。

Claims (1)

1.一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法，利用硅酸钠、葡萄糖分别作为硅源和碳源，并采用氯化钠作为模板，通过热干的方法获得稳定的三维多孔结构，包括以下4个步骤：
(1)将硅酸钠、葡萄糖和氯化钠按照1-1.5：3.5-4：16-18的质量配比溶解于去离子水中；
(2)将配置好的溶液干燥，获得棕色焦糖状前驱体。
(3)将获得的前驱体进行研磨至细微粉末，进行煅烧，在Ar气氛中，以8℃/min的速率升温至650℃，并保温，获得硅酸钠/碳前驱体；
(4)利用强酸制弱酸原理，将硅酸钠/碳前驱体置入浓盐酸，之后在170℃烘箱中进行干燥，经过水洗后获得二氧化硅/多孔碳复合材料。
CN201610133133.5A 2016-03-09 2016-03-09 一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法 Pending CN105633406A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610133133.5A CN105633406A (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610133133.5A CN105633406A (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105633406A true CN105633406A (zh) 2016-06-01

Family

ID=56048120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610133133.5A Pending CN105633406A (zh) 2016-03-09 2016-03-09 一种制备二氧化硅/多孔碳锂离子电池负极材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105633406A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109659548A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 湖南中科星城石墨有限公司 一种核壳结构Co-SiO2/C负极材料的制备方法
CN113809296A (zh) * 2021-09-08 2021-12-17 生态环境部华南环境科学研究所 一种减少碳排放的多孔硅碳复合材料及其制备
CN114084887A (zh) * 2021-11-04 2022-02-25 中欣环保科技有限公司 一种超级电容炭制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105762338A (zh) * 2016-02-04 2016-07-13 天津大学 一种利用镁热还原制备锂离子电池硅碳负极材料的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105762338A (zh) * 2016-02-04 2016-07-13 天津大学 一种利用镁热还原制备锂离子电池硅碳负极材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭英凯，等: ""纳米二氧化硅的制备"", 《盐业与化工》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109659548A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 湖南中科星城石墨有限公司 一种核壳结构Co-SiO2/C负极材料的制备方法
CN109659548B (zh) * 2018-12-29 2020-08-21 湖南中科星城石墨有限公司 一种核壳结构Co-SiO2/C负极材料的制备方法
CN113809296A (zh) * 2021-09-08 2021-12-17 生态环境部华南环境科学研究所 一种减少碳排放的多孔硅碳复合材料及其制备
CN113809296B (zh) * 2021-09-08 2022-08-30 生态环境部华南环境科学研究所 一种多孔硅碳复合材料及其制备
CN114084887A (zh) * 2021-11-04 2022-02-25 中欣环保科技有限公司 一种超级电容炭制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108428876A (zh) 一种高性能硅/碳纳米复合负极材料及其制备方法
CN105810914B (zh) 一种钠离子电池硫掺杂多孔碳材料及其制备方法
CN103346324B (zh) 锂离子电池负极材料及其制备方法
CN104009210B (zh) 一种多孔硅/碳复合材料、制备方法及用途
CN107634208A (zh) 一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN105742602A (zh) 一种钠离子电池负极用Sn/MoS2/C复合材料及其制备方法
CN106935861B (zh) 一种钠离子电池用碳负极材料及其制备方法
CN105720251A (zh) 一种钠离子电池硫化锑基复合材料及其制备方法
CN106450305B (zh) 一种锂离子电池负极材料CoP/C的制备方法
CN105826527A (zh) 一种多孔硅-碳复合材料及其制备方法和应用
CN103208625A (zh) 一种锂离子电池氧化铁基高性能负极材料的制备方法
CN108565446A (zh) 一种多孔氮掺杂碳包覆石墨材料的制备方法
CN105762329A (zh) 一种用于锂离子电池的硅基复合负极材料及制备方法
CN102509778A (zh) 一种锂离子电池负极材料及其制备方法
CN105680013A (zh) 一种锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料的制备方法
CN108321369A (zh) 一种可用于锂硫电池的大孔碳/氧化锌/硫复合材料及其制备方法与应用
CN102983317A (zh) 硅基复合材料及其制备方法、硅碳复合材料、锂离子电池
CN103236519A (zh) 一种锂离子电池用多孔碳基单块复合材料及制备方法
CN107732240A (zh) 钠离子电池负极材料的制备方法，及由其制备的负极材料
CN109461916A (zh) 一种钠离子电池负极材料的制备方法
CN102969509A (zh) 一种锂离子电池硅碳复合材料的制备方法
CN105932284A (zh) 一种介孔碳紧密包覆型复合材料及其制备方法和应用
CN105226244A (zh) 三维多孔硅-纳米银复合材料及其制备和作为锂离子电池负极材料的应用
CN108807896A (zh) 一种氮掺杂碳包覆硅碳复合材料的制备方法
CN105390683A (zh) 一种锂离子电池硫基负极材料及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160601

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication