CN110993931A - 一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法 - Google Patents

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张道明
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阳靖峰
焦靖华
张放为
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池硅负极材料的改性方法，其特征在于以纳米硅粉和钛酸四丁酯为原料，在水热条件下反应后，过滤烘干，得到前驱体。然后将前驱体和碳/氮源按一定比例混了均匀后，经过热处理得到以硅纳米颗粒为核心，中间为氮化钛层，最外层为碳层的，具有两层包覆的硅负极锂离子电池材料。本发明制备方法简单有效，所制备的硅基负极材料具有导电性良好的碳层和锂离子脱嵌过程中结构稳定的氮化钛层，可以有效减缓硅在充放电过程中的体积膨胀。核心是具有高比容量的硅单质。因而具有较好的储锂性能。

Description

一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池负极材料的改性方法，具体为一种锂离子电池用硅基负极材料的改性方法。
技术背景
锂离子电池由于具有比能量大，循环寿命长，放电电压稳定，工作温度范围宽，自放电率低及无记忆效应等优点而被广泛应用。
近年来，人们不断寻找提高锂离子电池比能量的方法。硅由于其很高的理论比容量而受到关注，相比于传统的石墨负极，硅负极具有明显的比容量优势；硅是地壳中含量第二丰富的元素，丰富的储量使其原料来源充足，但硅负极材料在锂离子插入和脱嵌的过程中会产生较大的体积变化，引起硅材料的粉化，影响循环性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种锂离子电池用硅基负极材料的改性方法。
本发明目的提供以下方案实现：一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法，以纳米硅粉和钛酸四丁酯为原料，在150~200℃水热条件下反应后，过滤烘干，得到前驱体；然后将前驱体和碳/氮源按一定比例混合均匀后，经过热处理，得到具有多层结构的硅基负极材料，其中，前驱体和碳/氮源的质量比为1：5~10。
所用碳/氮源为盐酸胍、尿素等的一种或几种。
水热反应时间12~24小时。
热处理条件为气氛为氮气，升温速率为5~10℃/min升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。
本发明以纳米硅粉和钛酸四丁酯为原料，在水热条件下反应后，过滤烘干，得到前驱体。然后将前驱体和碳/氮源按一定比例混了均匀后，经过热处理得到以硅纳米颗粒为核心，中间为氮化钛层，最外层为碳层的，具有两层包覆的硅负极锂离子电池材料。本发明制备方法简单有效，所制备的硅基负极材料具有导电性良好的碳层和锂离子脱嵌过程中结构稳定的氮化钛层，可以有效减缓硅在充放电过程中的体积膨胀。核心是具有高比容量的硅单质。因而具有较好的储锂性能。
本发明与现有技术比，优点在于：制备方法简单，制备的材料具有双层壳结构，碳壳改善了材料的导电性，限制了硅材料的体积膨胀；氮化钛壳进一步限制了硅负极的体积膨胀，改善了材料的循环性能。
附图说明
图1是实施例1所制备硅基负极材料的首次充放电效率图；
图2是实施例1所制备硅基负极材料的循环性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1：
一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法，按下述步骤：
以1g纳米硅粉和10g钛酸四丁酯为原料，在150℃水热条件下反应12h后，过滤烘干，得到前驱体；然后将前驱体和碳/氮源按质量比为1：5混合均匀后，所用碳/氮源为盐酸胍、尿素中的一种，在氮气氛围下以5℃/min的升温速率升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温，得到具有多层结构的硅基负极材料。
制备硅基负极材料的首次充放电效率图见图1，以及循环性能图见图2，循环性能明显改善。
实施例2：
一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法，与实施例1近似，按下述步骤：
取1g纳米硅粉和10g钛酸四丁酯为原料，在水热180℃条件下反应12h后，过滤烘干，得到前驱体；然后将前驱体和碳/氮源按质量比1：8的比例混合均匀，在氮气氛围下以8℃/min的升温速率升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。
实施例3：
一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法，与实施例1近似，按下述步骤：
取1g纳米硅粉和10g钛酸四丁酯为原料，在水热200℃条件下反应12h后，过滤烘干，得到前驱体。然后将前驱体和碳/氮源按质量比1：10的比例混合均匀，在氮气氛围下以10℃/min的升温速率升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。

Claims (5)

1.一种锂离子电池用硅负极材料的改性方法，其特征在于，以纳米硅粉和钛酸四丁酯为原料，在150~200℃水热条件下反应后，过滤烘干，得到前驱体；然后将前驱体和碳/氮源按一定比例混合均匀后，经过热处理，得到具有多层结构的硅基负极材料，其中，前驱体和碳/氮源的质量比为1：5~10。
2.如权利要求1中所述的锂离子电池用硅负极材料的改性方法，其特征在于，所述纳米硅粉与钛酸四丁酯的质量比为1：10。
3.如权利要求1中所述的锂离子电池用硅负极材料的改性方法，其特征在于，所用碳/氮源为盐酸胍、尿素中的一种。
4.如权利要求1中所述的锂离子电池用硅负极材料的改性方法，其特征在于水热反应时间12~24小时。
5.如权利要求1中所述的锂离子电池用硅负极材料的改性方法，其特征在于所述的热处理条件为气氛为氮气，升温速率为5~10℃/min升温至900℃，保温2h，然后自然冷却至室温。
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