CN107910524A - 一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法 - Google Patents

一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107910524A
CN107910524A CN201711136274.3A CN201711136274A CN107910524A CN 107910524 A CN107910524 A CN 107910524A CN 201711136274 A CN201711136274 A CN 201711136274A CN 107910524 A CN107910524 A CN 107910524A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous silicon
carbon
lithium ion
ion battery
cathode material
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
CN201711136274.3A
Other languages
English (en)
Inventor
郭挺
袁旭
蔡新辉
王双才
吕猛
胡博
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.)
HUZHOU CHUANGYA POWER BATTERY MATERIALS CO Ltd
Original Assignee
HUZHOU CHUANGYA POWER BATTERY MATERIALS CO Ltd
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 HUZHOU CHUANGYA POWER BATTERY MATERIALS CO Ltd filed Critical HUZHOU CHUANGYA POWER BATTERY MATERIALS CO Ltd
Priority to CN201711136274.3A priority Critical patent/CN107910524A/zh
Publication of CN107910524A publication Critical patent/CN107910524A/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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • H01M4/36—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
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • 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)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供了一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法包括以下步骤：a.将多孔硅加入水溶性碳基材料水溶液搅拌均匀；b.将所得悬浊液干燥后粉碎；c.将所得粉末与可软化的碳基材料均匀混合后热处理；d.将热处理后的材料粉碎后进行炭化处理；e.炭化后的材料经粉碎后分级或筛分取细度为200目以上的颗粒，即得到所需的多孔硅碳负极材料。本发明通过在多孔硅的内部及表面复合碳材料，进一步改进了多孔硅基材料的结构强度、首次库伦效率和循环性能。此外，本发明所涉及的原料成本低廉，工艺设备简单，易于工业化生产，具有较好的市场潜力。

Description

一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池的负极材料，尤是涉及一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法。
背景技术
锂离子电池由于其能量密度高、循环性能好而受到人们的关注，近20 年来得到了飞速的发展。目前商品化锂离子电池的负极材料主要是各类石墨材料，其理论比容量为372mAh/g。然而目前商品化石墨负极材料已接近其理论比容量，要进一步提高锂离子电池的能量密度就必须开发新型的高容量锂离子电池负极材料。目前，硅基负极材料由于理论比容量高（4200mAh/g）、来源丰富、价格低廉等优点越来越受到重视。但是硅负极材料在嵌脱锂过程中产生巨大的体积变化，导致电极容量衰减快，循环性能差，制约了其商业化应用。
多孔结构的硅材料内部的孔隙能有效缓解硅脱嵌锂过程中的体积膨胀，从而大幅改善材料的循环性能。然而多孔硅比表面积很大，形成SEI膜时消耗大量锂，导致材料首次库伦效率很低，从而降低相应电池的可逆容量。
发明内容
本发明的目的是提供一种价格相对较低、易于工业化的锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法。
本发明实现上述目的的技术方案如下：
一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）、将多孔硅与水溶性碳基材料水溶液混合，搅拌均匀，制得悬浊液；
2）、将悬浊液干燥后粉碎，制得粉末；
3）、将粉末与可软化的碳基材料混合均匀，然后热处理，制得热处理物；
4）、将热处理物粉碎，然后进行炭化处理，制得炭化材料；
5）、将炭化材料粉碎，然后分级，取细度在200 目以上目数的颗粒，即得。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为1~99%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为10~90%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为20~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为30~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为40~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为50~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为60~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的质量分数为70~80%。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅的中粒径为0.2~50微米；孔隙率为10~99%。
作为上述技术方案的进一步优选，所述多孔硅的孔隙率为30~90%。
作为上述技术方案的进一步优选，所述多孔硅的孔隙率为50~90%。
作为上述技术方案的进一步优选，所述多孔硅的孔隙率为70~90%。
作为上述技术方案的进一步优选，所述的水溶性碳基材料选自蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、瓜尔豆胶中的一种或多种。
作为上述技术方案的优选，所述多孔硅与水溶性碳基材料的质量比例为1:0.01~1:100。
作为上述技术方案的进一步优选，所述多孔硅与水溶性碳基材料的质量比例为1:0.2~1:5。
作为上述技术方案的优选，所述水溶性碳基材料水溶液中碳基材料的质量分数为0.01~90%。
作为上述技术方案的优选，所述水溶性碳基材料水溶液中碳基材料的质量分数为10~60%。
作为上述技术方案的优选，所述热处理的温度为80~700℃；所述热处理的时间为0.5~10小时。
作为上述技术方案的优选，所述热处理的温度为200~400℃。
作为上述技术方案的优选，所述热处理气氛选自氦气、氮气、氩气、中的一种或多种的混合。
作为上述技术方案的优选，所述干燥的温度在40~200℃；所述干燥的时间在0.1~20小时。
作为上述技术方案的优选，所述的可软化的碳基材料选自沥青、环氧树脂、酚醛树脂、石油树脂中的一种或多种。
作为上述技术方案的优选，所述粉末与可软化的碳基材料的质量比例为1:0.01~1:20。
作为上述技术方案的优选，所述粉末与可软化的碳基材料的质量比例为1:0.05~1:5。
作为上述技术方案的优选，所述的炭化处理温度为700~1200℃；所述的炭化时间为1~10小时。
作为上述技术方案的优选，所述炭化气氛选自氦气、氮气、氩气、中的一种或多种的混合。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出的一种锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法，用碳材料对多孔硅进行表面修饰与包覆，有效降低了材料的比表面积，大幅提升了相应材料的首次效率。同时碳材料能有效增强多孔硅的结构强度并提高材料的电导率，因此相应材料的循环性能也明显提升。此外，本发明所涉及的原料成本低廉，工艺设备简单，易于工业化生产，具有较好的市场潜力。
附图说明
图1为本发明各实施例与各对比例相应半电池循环性能的对比。
图2为本发明为对比例1（a）与实施例1-1（b）样品放大5000 倍的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
对比例1
将中粒径约3微米、孔隙率约85%的多孔硅直接制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为52.8%，循环50次后的容量保持率为37.4%。
实施例1-1
称取中粒径约3微米、孔隙率约85%的多孔硅30g加入到30%的淀粉溶液400g中并均匀搅拌。在70℃下真空烘干12小时后将材料粉碎。取粉碎后的材料150g与30g沥青混合后，在氮气气氛下边搅拌边加热至300℃并保持1.5小时。将热处理后的材料粉碎并在氮气气氛下加热至1000℃炭化6小时。将炭化后所得材料粉碎并过325目筛网，即得最终材料。
将该材料制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为80.6%，循环50次后的容量保持率为89.5%。
实施例1-2
称取中粒径约3微米、孔隙率约85%的多孔硅30g加入到30%的淀粉溶液300g中并均匀搅拌。在70℃下真空烘干12小时后将材料粉碎。取粉碎后的材料150g与40g沥青混合后，在氮气气氛下边搅拌边加热至300℃并保持1.5小时。将热处理后的材料粉碎并在氮气气氛下加热至1000℃炭化6小时。将炭化后所得材料粉碎并过325目筛网，即得最终材料。
将该材料制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为83.2%，循环50次后的容量保持率为92.0%。
实施例1-3
称取中粒径约3微米、孔隙率约85%的多孔硅30g加入到30%的蔗糖溶液400g中并均匀搅拌。在70℃下真空烘干12小时后将材料粉碎。取粉碎后的材料150g与30g沥青混合后，在氮气气氛下边搅拌边加热至300℃并保持1.5小时。将热处理后的材料粉碎并在氮气气氛下加热至1000℃炭化6小时。将炭化后所得材料粉碎并过325目筛网，即得最终材料。
将该材料制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为76.9%，循环50次后的容量保持率为88.7%。
对比例2
将中粒径约5微米、孔隙率约80%的多孔硅直接制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为57.0%，循环50次后的容量保持率为23.0%。
实施例2
称取中粒径约5微米、孔隙率约80%的多孔硅30g加入到30%的淀粉溶液400g中并均匀搅拌。在70℃下真空烘干12小时后将材料粉碎。取粉碎后的材料150g与30g沥青混合后，在氮气气氛下边搅拌边加热至300℃并保持1.5小时。将热处理后的材料粉碎并在氮气气氛下加热至1000℃炭化6小时。将炭化后所得材料粉碎并过325目筛网，即得最终材料。
将该材料制备成2032扣式电池并在充放电测试仪上恒电流测试电化学性能，设置充放电电流为150mA/g，电压范围在0.01-2V。测定相应锂离子电池的首次库伦效率为84.6%，循环50次后的容量保持率为87.2%。
通过上述实施例和对比例可以看出，本发明提出的多孔硅碳负极材料制备方法大幅改善了多孔硅的首次库伦效率和循环性能。

Claims (10)

1.一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）、将多孔硅与水溶性碳基材料水溶液混合，搅拌均匀，制得悬浊液；
2）、将悬浊液干燥后粉碎，制得粉末；
3）、将粉末与可软化的碳基材料混合均匀，然后热处理，制得热处理物；
4）、将热处理物粉碎，然后进行炭化处理，制得炭化材料；
5）、将炭化材料粉碎，然后分级，取细度在200 目以上目数的颗粒，即得。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述多孔硅的质量分数为1~99%。
3.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述多孔硅的中粒径为0.2~50微米；孔隙率为10~99%。
4.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述的水溶性碳基材料选自蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、瓜尔豆胶中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述多孔硅与水溶性碳基材料的质量比例为1:0.01~1:100。
6.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述水溶性碳基材料水溶液中碳基材料的质量分数为0.01~90%。
7.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述干燥的温度在40~200℃；所述干燥的时间在0.1~20小时。
8.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述的可软化的碳基材料选自沥青、环氧树脂、酚醛树脂、石油树脂中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述热处理的温度为80~700℃；所述热处理的时间为0.5~10小时。
10.根据权利要求1所述的一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料，其特征在于：所述的炭化处理温度为700~1200℃；所述的炭化时间为1~10小时。
CN201711136274.3A 2017-11-16 2017-11-16 一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法 Pending CN107910524A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711136274.3A CN107910524A (zh) 2017-11-16 2017-11-16 一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711136274.3A CN107910524A (zh) 2017-11-16 2017-11-16 一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107910524A true CN107910524A (zh) 2018-04-13

Family

ID=61845732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711136274.3A Pending CN107910524A (zh) 2017-11-16 2017-11-16 一种适用于锂离子电池的多孔硅碳负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107910524A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108682837A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池用定向多孔硅材料的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602018A (zh) * 2016-12-21 2017-04-26 上海杉杉科技有限公司 锂离子电池负极材料及制备方法及含该材料的电池
CN106935834A (zh) * 2017-04-21 2017-07-07 山东大学 一种复合碳包覆的多孔硅负极材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602018A (zh) * 2016-12-21 2017-04-26 上海杉杉科技有限公司 锂离子电池负极材料及制备方法及含该材料的电池
CN106935834A (zh) * 2017-04-21 2017-07-07 山东大学 一种复合碳包覆的多孔硅负极材料及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108682837A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池用定向多孔硅材料的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102969489B (zh) 一种硅碳复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
CN104638240B (zh) 一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法及其产品
CN106340632B (zh) 碳纳米球/硫复合材料及其制备方法和应用
CN106025221B (zh) 一种硅/碳/石墨复合负极材料的制备方法
CN103214245B (zh) 一种碳/碳复合微球材料、生产方法及锂离子电池
CN104752698B (zh) 一种用于锂离子电池负极的硅碳复合材料及其制备方法
CN104868107B (zh) 一种锂离子电池用球形硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN103193263B (zh) SnO2C空心纳米球的制备方法及其在锂离子电池中的应用
CN109244401A (zh) 一种采用镁热还原法制备的多孔纳米硅碳复合材料及其制备方法
CN105731427B (zh) 一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法
CN112645300B (zh) 一种硬碳负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用
CN106711461A (zh) 一种球形多孔硅碳复合材料及其制备方法与用途
CN106450192A (zh) 一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法和应用
CN110943216B (zh) 一种钴铁双金属硒化物钠离子电池负极材料的制备方法
CN105932284B (zh) 一种介孔碳紧密包覆型复合材料及其制备方法和应用
CN109817897A (zh) 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方法
CN107887602A (zh) 一种氮氧共掺杂的分级多孔炭纳米片电极材料及其制备方法和应用
CN103165869A (zh) 改性中间相负极材料、锂离子二次电池及制备方法和应用
CN110148743A (zh) 一种硅碳复合负极材料及其制备方法和锂离子电池
CN102306796A (zh) 一种锂离子动力电池的容量型负极材料及其制造方法
CN106935817A (zh) 一种次级团簇结构锂离子电池硅基负极材料的制备方法
CN109244399A (zh) 一种镁热还原法制备的中空结构硅碳复合材料及其制备方法
CN109950549A (zh) 一种锂离子电池用集流体及其制备方法
CN107204431A (zh) 一种锂离子电池负极活性材料及其制备方法、包含该负极活性材料的负极和电池
CN106505184A (zh) 一种多元包覆改性锂离子电池负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180413

RJ01 Rejection of invention patent application after publication