CN108630917A - 一种Si@C@纤维状碳@C复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Si@C@纤维状碳@C复合材料及其制备方法和应用，包括：将硅颗粒与碳源1混合均匀后，在气氛炉内进行高温煅烧处理，然后经洗涤、干燥得到Si@C前驱体；将Si@C前驱体、纤维状碳和碳源2加到溶剂中进行分散至均匀，在150～220℃下喷雾干燥造粒，然后置于气氛炉子高温煅烧得到Si@C@纤维状碳@C复合材料。本发明制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料为球状结构，球状结构中三维导电网络的构建及硅表面双层碳包覆有效缓解硅基材料的体积膨胀、电导率差以及硅自身界面问题，有效提升了硅基材料的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种Si@C@纤维状碳@C复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池由于具有能量比高、质量轻、额定电压高、自放电率低等优点而被广泛应用。锂离子电池应用于小到数码相机、手机等3C产品，大到电动摩托车、电动汽车等交通工具，已经和人们的生活息息相关。其中正极、负极、隔膜、电解液是构成锂离子电池的四大主材，正、负极材料的性能直接影响着电池的性能。
目前锂离子电池商业化负极材料为石墨、钛酸锂，由于性能的稳定而长期被应用。随着新能源汽车产业的兴起，对锂离子电池负极材料也提出了较高的要求，其中石墨、钛酸锂由于能量密度过低而不能满足需求，而硅材料由于具有最高的理论比容量（4300mAh/g）受到人们的关注，并且近些年对硅材料的研究也尤为火热。但其体积膨胀和导电性差问题也使得该材料的研究受到挑战。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种Si@C@纤维状碳@C复合材料及其制备方法和应用。本发明制备的Si@C@纤维状碳@C复合材料可用作锂离子电池的负极活性材料。
一种Si@C@纤维状碳@C的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将硅颗粒与碳源1混合均匀后，在气氛炉内进行高温煅烧，洗涤、干燥得到Si@C前驱体；
（2）将Si@C前驱体、纤维状碳和碳源2加到溶剂中进行分散至均匀，在150～220℃下喷雾干燥造粒，然后置于气氛炉子高温煅烧得到Si@C@纤维状碳@C复合材料。
进一步方案，步骤（1）中所述硅颗粒与碳源1的质量比为10:1～1:10；
所述硅颗粒的粒径为纳米级或微米级，优选为50纳米硅颗粒。
所述碳源1选自聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素（CMC）、聚吡咯、聚多巴胺中的一种或者多种。
进一步方案，步骤（1）中所述高温煅烧处理是以5℃/min升温到120℃，恒温2h后，再以5℃/min升温到600℃，恒温4h；然后自然降温至室温，将得到的粉末置于装有体积浓度为30%的HF溶液的烧杯中浸泡处理30min。
进一步方案，步骤（2）中所述纤维状碳包括多壁碳纳米管（MWNTS）、单壁碳纳米管（SWNTS）、气相沉积碳纤维（VGCF）中的一种或多种；所述碳源2选自蔗糖、葡萄糖、果糖、焦糖、酚醛树脂中的一种或者多种。
进一步方案，步骤（2）中所述的高温煅烧是以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到580℃，恒温4h；然后以5℃/min升温到800℃，恒温1h；最后自然降温至室温。
进一步方案，步骤（2）中所述Si@C前驱体与纤维状碳的质量比为20:1～1:20，所述Si@C前驱体与碳源2的质量比为20:1～1:20。
进一步方案，步骤（2）中所述溶剂为H2O、乙醇、NMP、DMF、DMSO中的一种或者多种。
进一步方案，所述气氛炉内的气氛为Ar、CO、H2、N2、He、Xe中的一种或者多种。
本发明的第二个发明目的是提供经上述制备方法所制备的Si@C@纤维状碳@C复合材料。
发明的第三个发明目的是提供上述Si@C@纤维状碳@C复合材料的应用，所述Si@C@纤维状碳@C复合材料用于锂离子电池负极活性材料。
将Si@C@纤维状碳@C复合材料70份和粘结剂10份、导电剂20份进行混合成负极资料，然后将其涂布在集流体上，浆料涂布的厚度为5-200微米；最后于80℃烘箱中真空干燥12小时除去溶剂即为负极片。其中所述集流体为金属Cu或Cu合金，导电剂为乙炔黑（AB）或超导炭黑（SP），粘结剂是由CMC和SBR按质量比为1:1的混合而成。
本发明利用简单快速的喷雾法制备Si@C@MWCNTs@C复合材料，该材料作为锂离子电池的负极活性材料具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量；方法简单易操作适用于规模化生产。
本发明的Si@C@MWCNTs@C复合材料是由简单喷雾干燥法制备的二次颗粒材料，该颗粒为硅包覆碳层结构，并且硅颗粒和碳层之间有一定的体积空间，这样既缓解了体积膨胀又提高了材料的导电性；另外，本发明制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料为球状结构，在球状颗粒中碳纳米管形成了良好的三维导电网络，球状结构中三维导电网络的构建及硅表面双层碳包覆有效缓解硅基材料的体积膨胀、电导率差以及硅自身界面问题，稳定了材料结构的同时又有效提升了硅基材料的导电性和电化学性能。
本发明制备的Si@C@纤维状碳@C复合材料的电化学性能相比原材料硅得到了很好的改善和提高，且该方法工艺简单易操作，易大规模合成。
所以本发明制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料作为锂离子电池的负极活性材料具有较好的循环性能、倍率性能和较高的比容量；且方法简单易操作，适用于规模化生产。
附图说明
图1为实施例1制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料的XRD图，
图2为实施例1制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料的SEM图，
图3为实施例1和对比例1制备扣式电池的循环性能曲线。
具体实施方案
下面结合附图通过实施例和对比例对本发明做进一步说明。
实施例1
将5g 50纳米Si与5g PEG研磨均匀后置于瓷舟内，在Ar气氛炉中以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到600℃，恒温4h；然后自然降温至室温，将得到的粉末置于装有200mL 的30%V/V的HF溶液塑料烧杯中浸泡处理30min；用去离子水和乙醇洗涤数次后过滤，放入真空烘箱内真空干燥24小时得到Si@C前驱体。
称取3g Si@C前驱体、3g MWCNTs、3g葡萄糖、200mL水加入到烧杯中机械搅拌至均匀，200℃下进行喷雾干燥造粒，将得到的颗粒在Ar气氛炉中，以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到580℃，恒温4h；以5℃/min升温到800℃，恒温1h；然后自然降温至室温，得到Si@C@MWCNTs@C复合材料。
通过扫描电子显微镜分析实施例1制备的Si@C@MWCNTs@C复合材料和单质Si，如图1所示，从图1中我们可以看出Si@C@MWCNTs@C复合材料由硅和碳组成。另外，从图2中的SEM图我们可以看出该材料为球状材料。
称70重量份的Si@C@MWCNTs@C复合材料和20重量份的导电剂乙炔黑，并用研钵研磨混合均匀；然后与5重量份的CMC粘结剂混合，滴加一定量的去离子水及5重量份的SBR粘结剂搅拌到均匀，制备得负极浆料；用涂布机将该浆料涂布于铜箔上，置于80℃烘箱中真空干燥12小时除去溶剂，制得锂离子电池的负极极片。
利用该负极极片和金属锂作电极，电解液LiPF6-DMC/EMC/EC/FEC，以及cegard2400隔膜，在氩气手套箱中组装成扣式电池，并测试电池的性能。
对比例1
使用50纳米Si材料按与实施例1中所描述的相同的步骤制备锂离子电池的负极片和扣式电池。
在室温下，分别测试实施例1和对比例1制备的扣式电池充放电性能。充放电电流密度均设置为200mA/g（按涂布活性物质质量计算）充放电循环50圈，放电截止电压限为0.02-1.5V。
从图3中可以看出Si@C@MWCNTs@C的性能明显优于单纯的纳米Si。Si@C@MWCNTs@C的初始放电容量在1100mAh/g左右，50圈的容量保持率在94.92%，材料中良好骨架和三维导电网络形成和双碳层核壳结构促使其循环性能良好。而Si@C@MWCNTs@C-1和-2复合材料虽然在容量上高于Si@C@MWCNTs@C复合材料，循环性能均优于纳米Si。
实施例2
将50g 50纳米Si与5g PEG研磨均匀后置于瓷舟内，在Ar气氛炉中以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再5℃/min升温到600℃，恒温4h；然后自然降温至室温，将得到的粉末置于装有200mL 30%V/V HF的塑料烧杯中处理30min，用去离子水和乙醇洗涤数次后过滤，放入真空烘箱内真空干燥24小时得到Si@C前驱体。
称取3g Si@C前驱体、3g MWCNTs、1g葡萄糖、200mL水加入到烧杯中机械搅拌至均匀，200℃下进行喷雾干燥造粒，将得到的颗粒在Ar气氛保护下，以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再5℃/min升温到580℃，恒温4h；然后以5℃/min升温到800℃，恒温1h；然后自然降温至室温，得到Si@C@MWCNTs@C-1复合材料。
实施例3
将5g 50纳米Si与50g PEG研磨均匀后置于瓷舟内，在Ar气氛炉以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到600℃，恒温4h；然后自然降温至室温，将得到的粉末置于装有200mL 30%V/V HF的塑料烧杯中处理30min，用去离子水和乙醇洗涤数次后过滤，放入真空烘箱内真空干燥24小时得到Si@C前驱体。
称取3g Si@C前驱体、1g MWCNTs、3g葡萄糖、200mL水加入到烧杯中机械搅拌至均匀，200℃下进行喷雾干燥造粒，将得到的颗粒在Ar气氛保护下，以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到580℃，恒温4h；最后以5℃/min升温到800℃，恒温1h；然后自然降温至室温得到Si@C@MWCNTs@C-2复合材料。
本发明并不局限上述具体实施方式，凡是技术人员在此发明基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种Si@C@纤维状碳@C的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将硅颗粒与碳源1混合均匀后，在气氛炉内进行高温煅烧处理，然后经洗涤、干燥得到Si@C前驱体；
（2）将Si@C前驱体、纤维状碳和碳源2加到溶剂中进行分散至均匀，在150～220℃下喷雾干燥造粒，然后置于气氛炉子高温煅烧得到Si@C@纤维状碳@C复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述硅颗粒与碳源1的质量比为10:1～1:10；所述硅颗粒的粒径为纳米级或微米级；所述碳源1选自聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）、聚偏氟乙烯（PVDF）、羧甲基纤维素（CMC）、聚吡咯、聚多巴胺中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述高温煅烧处理是以5℃/min升温到120℃，恒温2h后，再以5℃/min升温到600℃，恒温4h；然后自然降温至室温，将得到的粉末置于装有体积浓度为30%的HF溶液的烧杯中浸泡处理30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述纤维状碳包括多壁碳纳米管（MWNTS）、单壁碳纳米管（SWNTS）、气相沉积碳纤维（VGCF）中的一种或多种；所述碳源2选自蔗糖、葡萄糖、果糖、焦糖、酚醛树脂中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的高温煅烧是以5℃/min升温到120℃，恒温2h；再以5℃/min升温到580℃，恒温4h；然后以5℃/min升温到800℃，恒温1h；最后自然降温至室温。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述Si@C前驱体与纤维状碳的质量比为20:1～1:20，所述Si@C前驱体与碳源2的质量比为20:1～1:20。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述溶剂为H2O、乙醇、NMP、DMF、DMSO中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述气氛炉内的气氛为Ar、CO、H2、N2、He、Xe中的一种或者多种。
9.如权利要求1所述的制备方法所制备的Si@C@纤维状碳@C复合材料。
10.如权利要求9所述的Si@C@纤维状碳@C复合材料的应用，其特征在于：所述Si@C@纤维状碳@C复合材料用于锂离子电池负极活性材料。
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|---|---|---|---|---|
| CN109659549A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-19 | 北京科技大学 | 锂电池用多级结构硅-多孔碳复合负极材料的制备方法 |
| CN109671941A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-23 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN111129452A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 新奥石墨烯技术有限公司 | 一种电极材料及其制备方法及电池 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103346324A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN103346305A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-09 | 华南师范大学 | 人造石墨为载体的锂电池硅碳复合负极材料的制备和应用 |
| CN104577045A (zh) * | 2014-12-20 | 2015-04-29 | 江西正拓新能源科技股份有限公司 | 一种锂离子电池硅-碳复合材料及其制备方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103346324A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN103346305A (zh) * | 2013-07-01 | 2013-10-09 | 华南师范大学 | 人造石墨为载体的锂电池硅碳复合负极材料的制备和应用 |
| CN104577045A (zh) * | 2014-12-20 | 2015-04-29 | 江西正拓新能源科技股份有限公司 | 一种锂离子电池硅-碳复合材料及其制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109671941A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-23 | 桑顿新能源科技有限公司 | 一种硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN109671941B (zh) * | 2018-12-24 | 2021-09-17 | 桑顿新能源科技(长沙)有限公司 | 一种硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN109659549A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-04-19 | 北京科技大学 | 锂电池用多级结构硅-多孔碳复合负极材料的制备方法 |
| CN111129452A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-05-08 | 新奥石墨烯技术有限公司 | 一种电极材料及其制备方法及电池 |
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