CN111900395A - 一种硅基负极复合材料的制备方法 - Google Patents

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张芳
卢玉英
阳靖峰
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张放为
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Abstract

本发明涉及一种硅基负极复合材料的制备方法，以硅粉、金属添加剂和碳源为原料，采用球磨以及高温煅烧的方法，制备一种Si/MSix@C复合材料。具体为将纳米硅和金属添加剂按一定比例混合，并在惰性气体氛围下球磨，然后将球磨产物和碳源按一定比例球磨混合，然后在惰性气体氛围下煅烧，得到最终产物。本发明通过简单的球磨方法结合热处理得到Si/MSix@C材料，有效抑制了体积效应。形成的表面C包覆层可以进一步抑制循环过程中的体积变化，并且提高Si的导电性，从而有效提高了锂电池的循环性能。

Description

一种硅基负极复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池电极材料，特别涉及一种硅基负极复合材料的制备方法。
技术背景
便携式电子设备、电动汽车和储能系统对高比能量、高比功率、长寿命、低成本的二次电池需求已经越来越迫切。锂离子电池由于其众多的优点，成为二次能源领域备受关注的主角。
电池的性能主要取决于电极材料。Si基材料作为锂离子电池负极材料，与锂可形成Li 22 Si 5 合金，具有很高的质量比容量(最高达到4200mAhg -1 )，是现在普遍应用的石墨(372mAhg -1 )材料的十倍之多。并且其具有较低的脱嵌锂电位(约0.1-0.3V vs Li/Li + )，与电解液的反应活性低，并且成本较低，可以提供很长的放电平台等优点。但是，由于充电过程中Si材料会发生巨大的体积膨胀(约400％)，这将导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，造成容量迅速衰减，循环性能迅速恶化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种硅基负极复合材料的制备方法，来改善硅基材料的体积膨胀的问题，并提高材料的导电性。
本发明目的通过以下方案实现：一种硅基负极复合材料的制备方法，以硅、金属添加剂和碳源为原料，采用球磨以及高温煅烧的方法，制备一种Si/MSix@C复合材料，包括如下步骤：
1）把Si粉和金属添加剂按10:1的质量比例混合，惰性气体气氛下，转速为400rpm，球磨10h，球料比为30：1，获得Si/MSix复合材料；
2）将得到的复合材料和碳源按1：(1-1.5)的质量比例混合，在空气中继续球磨5h，然后将混合物烘干，在惰性气体氛围下600-900℃煅烧，得到Si/MSix@C复合材料。
所述的硅粉为纳米硅粉。
所述的金属添加剂为镍，钴，锰，铝中的任一种。
所述惰性气体为氮气或氩气。
进一步的，步骤1）中所述的惰性气体为氩气，步骤2）中所述的惰性气体为氮气。
所述的碳源为蔗糖、葡萄糖或柠檬酸中的一种或几种。
优选的，所述的煅烧温度为以5℃/min的升温速率，升温至600℃，煅烧时间3h。
本发明提出的上述制备方法，通过简单的球磨方法结合热处理得到Si/MSix@C材料，有效抑制了体积效应。形成的表面C包覆层可以进一步抑制循环过程中的体积变化，并且提高Si 的导电性，从而有效提高了锂电池的循环性能。
附图说明
图1是实施例1中得到的Si/MSix@C材料的首效性能图；
图2是实施例1中得到的Si/MSix@C材料的半电池循环性能。
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
一种硅基负极复合材，以硅、金属添加剂和碳源为原料，采用球磨以及高温煅烧的方法，制备一种Si/MSix@C复合材料，按如下步骤制备：
1）把Si粉和金属钴按10:1的质量比例混合，氩气气氛下，转速为400rpm，球磨10h，球料比为30：1，获得Si/MSix复合材料；
2）将得到的复合材料和碳源葡萄糖按1：1的质量比例混合，在空气中继续球磨5h，然后将混合物烘干，在氮气氛围下以5℃/min 的升温速率，600℃煅烧3h，得到Si/CoSi2@C复合材料。
本实施例得到的Si/ CoSi2@C复合材料的首效性能图，见图1；其半电池循环性能见图2所示，通过简单的球磨方法结合热处理得到Si/CoSi2@C复合材料，有效抑制了体积效应，形成的表面C包覆层可以进一步抑制循环过程中的体积变化，并且提高了Si 的导电性，有效提高了锂电池的循环性能。
实施例2
一种硅基负极复合材，与实施例1近似，按如下步骤制备：
1）把Si粉和金属钴按10:1的质量比例球磨混合，气氛为氩气，转速为400rpm，时间为10h，球料比为30：1，获得Si/CoSi复合材料；
2）将得到的复合材料和碳源柠檬酸按1：1.5的比例混合，在空气中继续球磨5h，然后将混合物烘干，在氮气氛围下以5℃/min 的升温速率，600℃煅烧3h，得到Si/CoSi2@C复合材料。
实施例3
一种硅基负极复合材，与实施例1近似，按如下步骤制备：
1）把Si粉和金属镍按10:1的比例球磨混合，气氛为氩气，转速为400rpm，时间为10h，球料比为30：1，获得Si/NiSi2复合材料；
2）将得到的复合材料和葡萄糖按1：1的比例混合，在空气中继续球磨5h，然后将混合物烘干，在氮气氛围下以5℃/min 的升温速率，600℃煅烧3h，得到Si/NiSi2@C复合材料。

Claims (7)

1.一种硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于，以硅、金属添加剂和碳源为原料，采用球磨以及高温煅烧的方法，制备一种Si/MSix@C复合材料，包括如下步骤：
1）把Si粉和金属添加剂按10:1的质量比例混合，惰性气体气氛下，转速为400rpm，球磨10h，球料比为30：1，获得Si/MSix复合材料；
2）将得到的复合材料和碳源按1：(1-1.5)的质量比例混合，在空气中继续球磨5h，然后将混合物烘干，在惰性气体氛围下600-900℃煅烧，得到Si/MSix@C复合材料。
2.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述的硅粉为纳米硅粉。
3.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述的金属添加剂为镍，钴，锰，铝中的任一种。
4.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或氩气。
5.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的惰性气体为氩气，步骤2）中所述的惰性气体为氮气。
6.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳源为蔗糖、葡萄糖或柠檬酸中的一种或几种。
7.如权利1所述的硅基负极复合材料的制备方法，其特征在于：所述的煅烧温度为以5℃/min的升温速率，升温至600℃，煅烧时间3h。
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