CN112290005A - 一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池负极材料的制备技术领域，具体提供一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法。目前的商用石墨锂电池的理论容量仅仅为372mAh/g，越来越不能满足现代电子产品所需的能量密度和容量，所以急需一种高的功率密度、大的能量密度、优秀的循环寿命的新型负极材料来替代石墨负极。硅材料理论上具有高达4200mAh/g的比容量，是目前公认的最理想的锂电池负极材料。同时，复杂的制备成本也成为了阻碍硅基负极商业化的一个原因，因此寻找廉价的原料和简单的工艺对于硅基负极的发展具有重要意义。本发明中的制备方法简单快速，能将Si材料均匀的被盐酸多巴胺包覆，大大降低了硅碳负极材料的合成成本，其倍率性能和循环性能也得到明显提高。

Description

一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料的制备技术领域，具体提供一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法。
背景技术
伴随着电子产品和新能源汽车的不断发展与进步，人们对于锂电池的要求也进一步提高。而传统的商用石墨锂电池的理论容量仅仅为372mAh/g，越来越不能满足现代电子产品所需的能量密度和容量。因此，目前急需一种高的功率密度、大的能量密度、优秀的循环寿命的新型负极材料来替代石墨负极。硅材料理论上具有高达4200mAh/g的比容量，是目前公认的最理想的锂电池负极材料。但由于在锂电池充放循环过程中，锂离子的脱嵌有较高的内部应力，导致硅负极发生体积变化，超过300%，进而使破坏了内部结构，影响了锂电池的循环性能。除此以外，复杂的制备成本也成为了阻碍硅基负极商业化的一个原因。因此寻找廉价的原料和简单的工艺对于硅基负极的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，该方法可通过参数对反应调控，避免反应过于剧烈，节省工序和能耗，制得的硅碳负极材料纯度高，成本低，倍率性能和循环性能高。
本发明具体技术方案如下：
一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：将一定质量的三羟基氨基甲烷盐酸盐溶解在一定量的去离子水中，记为溶液A。将一定质量的盐酸加入到一定量的去离子水中，记为溶液B。将溶液A一边搅拌一边滴加溶液B使得混合液平pH=8.5，记为溶液C。将一定质量的盐酸多巴胺溶解在一定量溶液C中，通过电磁搅拌分散形成溶液D，在溶液D中加入一定量的SiO2，记为溶液B。溶液B继续搅拌24 h。搅拌结束后进行抽滤和水洗，得到的材料在60℃下干燥4 h记为材料C。将材料C在充满保护气氛的管式炉中，升温至800℃保温3h进行碳化得到SiO2/C。SiO2/C与一定质量的还原剂进行混合，在充满保护气氛的管式炉中，升温至950℃下，保温5 h进行还原反应，反应结束后利用一定浓度的稀HCl进行酸洗，大量去离子水进行水洗，检测pH=7以后进行真空干燥，最终得到新型负极材料Si/C。
作为优选方案，其特征在于，所述的SiO2是纳米级别，所述的碳源是盐酸多巴胺，所述的还原剂是铝粉，与SiO2的理论质量比是1:0.6。
作为优选方案，其特征在于，所述的溶剂是三羟基氨基甲烷盐酸盐的混合液、盐酸的混合液、去离子水等单种或多种混合体。
作为优选方案，其特征在于，所述三羟基氨基甲烷盐酸盐添加量是6.057 g，所述的盐酸多巴胺的添加量是700 mg，纳米SiO2的添加量是700 mg，所述的稀HCl的溶度是2mol/L。
本发明的一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，采用三羟基氨基甲烷和盐酸制备的缓冲液，能够充分溶解盐酸多巴胺，采用小分子糖类聚合的方式，使多巴胺和纳米二氧化硅在溶液中均匀混合，在一定程度提高均匀度。
附图说明
图1为实施案例1中利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的XRD图。
图2为实施案例1中利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的SEM图。
图3为实施案例1中利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的TEM图。
图4为实施案例1中利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的首圈充放电曲线图。
图5为实施案例1中利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的0.5C循环图。
具体实施方式
本发明提供一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，下面举例说明具体实施方式对本发明进行进一步说明。
实施案例1
本实例采用盐酸多巴胺为碳源，在去离子水中溶解，添加适量二氧化硅制备得到硅碳负极材料：
一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：将一定质量的三羟基氨基甲烷盐酸盐溶解在一定量的去离子水中，记为溶液A。将一定质量的盐酸加入到一定量的去离子水中，记为溶液B。将溶液A一边搅拌一边滴加溶液B使得混合液平pH=8.5,记为溶液C。将一定质量的盐酸多巴胺溶解在一定量溶液C中，通过电磁搅拌分散形成溶液D，在溶液D中加入一定量的SiO2，记为溶液B。溶液B继续搅拌24 h。搅拌结束后进行抽滤和水洗，得到的材料在60℃下干燥4 h记为材料C。将材料C在充满保护气氛的管式炉中，升温至800℃保温3h进行碳化得到SiO2/C。SiO2/C与一定质量的还原剂进行混合，在充满保护气氛的管式炉中，升温至950℃下，保温5 h进行还原反应，反应结束后利用一定浓度的稀HCl进行酸洗，大量去离子水进行水洗，检测pH=7以后进行真空干燥，最终得到新型负极材料Si/C；
将上述材料真空120℃干燥3小时，然后与乙炔黑、海藻酸钠按照质量比80:10:10的比例配制浆料，在铜箔上涂布制备负极片，然后与金属锂片组装成扣式电池进行性能测试，材料的首圈充放电测试曲线如图4所示，第一圈的放电比容量为1106.3 mAh/g，而充电比容量为873.9 mAh/g，库伦效率为78.99%。循环性能测试结果如图5所示，在0.5 C 的电流密度下，循环50圈后仍然保留着693.1 mAh/g 的容量，可知，此材料具有较高的放电比容量和良好的循环性能。
实施案例2
本实例采用盐酸多巴胺为碳源，在去离子水中溶解，添加适量纳米硅制备得到硅碳负极材料：
将一定质量的盐酸多巴胺溶解在一定量的去离子水中，加入一定量的纳米硅，然后水洗抽滤干燥，得到粉末。将粉末在充满保护气氛的管式炉中，升温至800℃保温3h进行碳化得到Si/C；
将上述材料真空120℃干燥3小时，然后与乙炔黑、海藻酸钠按照质量比80:10:10的比例配制浆料，在铜箔上涂布制备负极片，然后与金属锂片组装成扣式电池进行性能测试，第一圈的放电比容量为1988.5 mAh/g，而充电比容量为1524.78 mAh/g，库伦效率为 76.68%。在0.5 C的电流密度下，循环50圈后仍然保留着 1028.6 mAh/g 的容量，可知，此材料具有很高的放电比容量和良好的循环性能。
实施案例3
本实例采用盐酸多巴胺为碳源，在去离子水溶解，添加适量硅藻土制备得到硅碳负极材料：
将一定质量的盐酸多巴胺溶解在一定量的去离子水中，加入一定量的硅藻土，然后转移到球磨罐中球磨后，取出备用，记为溶液A。水洗抽滤干燥得到粉末B。将粉末B在充满保护气氛的管式炉中，升温至850℃保温4h进行碳化得到SiO2/C。SiO2/C与一定质量的还原剂进行混合，在充满保护气氛的管式炉中，升温至750℃下，保温6 h进行还原反应，反应结束后利用一定浓度的稀HCl进行酸洗，大量去离子水进行水洗，检测pH=7以后进行真空干燥，最终得到新型负极材料Si/C；
将上述材料真空120℃干燥3小时，然后与乙炔黑、海藻酸钠按照质量比80:10:10的比例配制浆料，在铜箔上涂布制备负极片，然后与金属锂片组装成扣式电池进行性能测试，第一圈的放电比容量为1623.9 mAh/g，而充电比容量为1299.1 mAh/g，库伦效率为79.99%。在0.5 C的电流密度下，循环50圈后仍然保留着 689.8 mAh/g 的容量，可知，此材料具有很高的放电比容量和良好的循环性能。

Claims (4)

1.一种利用盐酸多巴胺制备新型硅碳负极材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：将一定质量的三羟基氨基甲烷盐酸盐溶解在一定量的去离子水中，记为溶液A；将一定质量的盐酸加入到一定量的去离子水中，记为溶液B；将溶液A一边搅拌一边滴加溶液B使得混合液平pH=8.5,记为溶液C；将一定质量的盐酸多巴胺溶解在一定量溶液C中，通过电磁搅拌分散形成溶液D，在溶液D中加入一定量的SiO2，记为溶液B；溶液B继续搅拌24 h；搅拌结束后进行抽滤和水洗，得到的材料在60℃下干燥4 h记为材料C；将材料C在充满保护气氛的管式炉中，升温至800℃保温3h进行碳化得到SiO2/C；SiO2/C与一定质量的还原剂进行混合，在充满保护气氛的管式炉中，升温至950℃下，保温5 h进行还原反应，反应结束后利用一定浓度的稀HCl进行酸洗，大量去离子水进行水洗，检测pH=7以后进行真空干燥，最终得到新型负极材料Si/C。
2.根据权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于，所述的SiO2是纳米级别，所述的碳源是盐酸多巴胺，所述的还原剂是铝粉，与SiO2的理论质量比是1:0.6。
3.根据权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于，所述的溶剂是三羟基氨基甲烷盐酸盐的混合液、盐酸的混合液、去离子水等单种或多种混合体。
4.根据权利要求1所述的材料的制备方法，其特征在于，所述三羟基氨基甲烷盐酸盐添加量是6.057 g，所述的盐酸多巴胺的添加量是700 mg，纳米SiO2的添加量是700 mg，所述的稀HCl的溶度是2 mol/L。
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