CN117049549A - 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池 - Google Patents

一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN117049549A
CN117049549A CN202311025471.3A CN202311025471A CN117049549A CN 117049549 A CN117049549 A CN 117049549A CN 202311025471 A CN202311025471 A CN 202311025471A CN 117049549 A CN117049549 A CN 117049549A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resin
carbon
silicon
porous silicon
anode 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
CN202311025471.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王瑨
谢皎
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.)
Sichuan Baisige New Energy Co ltd
Chengdu Baisige Technology Co ltd
Original Assignee
Sichuan Baisige New Energy Co ltd
Chengdu Baisige Technology 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 Sichuan Baisige New Energy Co ltd, Chengdu Baisige Technology Co ltd filed Critical Sichuan Baisige New Energy Co ltd
Priority to CN202311025471.3A priority Critical patent/CN117049549A/zh
Publication of CN117049549A publication Critical patent/CN117049549A/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
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/021—Preparation
    • C01B33/027—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material
    • C01B33/029—Preparation by decomposition or reduction of gaseous or vaporised silicon compounds other than silica or silica-containing material by decomposition of monosilane
    • 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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • 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
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • 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)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域；制备方法包括如下步骤：将粉碎后的硬化树脂升温至600‑900℃，实现树脂多孔化，得到中间产物Ⅰ；在密闭环境中，向中间产物Ⅰ中通入硅烷气体，升温至400‑500℃，使硅烷裂解，形成中间产物Ⅱ；将中间产物Ⅱ与硬化树脂混合，得到树脂多孔硅碳前驱体；将树脂多孔硅碳前驱体升温至1000‑1500℃，得到树脂多孔硅碳负极材料。本发明以树脂为原料来制备树脂多孔碳，再以硅烷气体作为硅源，通过硅烷裂解的方式向树脂多孔碳中引入硅元素，有助于避免硅元素团聚，提高硅元素分布的均匀性，有助于在提高负极材料比容量的同时，提高其循环性能。

Description

一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池。
背景技术
锂离子电池使用最广泛的负极材料是石墨类负极材料，目前市场化的石墨材料克容量一般在340mAh/g左右；石墨类材料的工艺成本主要体现在石墨化阶段，由于石墨化温度较高，导致其能源消耗大，生产成本较高。
锂离子的负极材料，除石墨类材料外，硅材料因其较高的理论容量而受到广泛关注；但是由于硅材料本身导电性差，且充放电过程中体积膨胀大，导致循环性能差，限制了硅材料在锂离子电池负极材料中的应用；为解决该问题，目前通常采用纳米硅来制备硅碳复合材料，以便于提高复合材料的导电性的同时，一定程度上抑制材料在充放电过程中的体积膨胀，改善其循环性能。
现有的硅碳负极材料，通常是直接将硅源与碳源混合烧结制得，这种制备方法得到的硅碳类复合负极材料，虽然具有较高的比容量，但是因制备过程中纳米硅易于团聚，分散性差，导致制备的硅碳负极材料中硅元素分布不均匀，循环性能仍然较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中制备的硅碳负极材料中硅元素分布均匀性差的问题，本发明提供一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，该制备方法通过硅烷裂解来向负极材料中引入硅元素，提高硅元素的分散性，解决了现有技术中制备的硅碳负极材料中硅元素分布均匀性差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：对树脂进行硬化，得到硬化树脂；
S2：对所述硬化树脂进行粉碎，得到粉碎后的硬化树脂；
S3：于空气氛围下将所述粉碎后的硬化树脂升温至600-900℃，保温5h，实现树脂多孔化，得到中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向所述中间产物Ⅰ中通入硅烷气体，升温至400-500℃，保温60-150min，使硅烷裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将所述中间产物Ⅱ与所述硬化树脂混合，研磨，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：于空气气氛下，将所述树脂多孔硅碳前驱体升温至1000-1500℃，保温5h，得到树脂多孔硅碳负极材料。
可选地，所述树脂为热固性树脂。
可选地，所述树脂为酚醛树脂或环氧树脂。
可选地，对树脂进行硬化包括：将所述树脂加热至150-250℃，保温6-15h，得到所述硬化树脂。
可选地，所述硅烷选自甲硅烷、乙硅烷中的至少一种。
可选地，步骤S4中所述中间产物Ⅰ与所述硅烷气体的用量比为(45-50)g：7L。
可选地，步骤S5中所述中间产物Ⅱ与所述硬化树脂的质量比为(5-10)：1。
本发明的另一目的在于提供一种树脂多孔硅碳负极材料，通过如上所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法进行制备。
本发明的再一目的在于提供一种锂离子电池，包括如上所述的树脂多孔硅碳负极材料。
本发明的有益效果是：
本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，以树脂为原料来制备树脂多孔碳，再以硅烷气体作为硅源，通过硅烷裂解的方式向树脂多孔碳中引入硅元素，一方面有助于避免硅元素团聚，提高硅元素分布的均匀性，从而有助于在提高负极材料比容量的同时，提高其循环性能；另一方面，以树脂多孔碳作为硅元素的支撑碳骨架，再结合硬化树脂碳的包覆步骤，能够有效减轻硅碳材料的体积膨胀，进而有助于提高负极材料结构的稳定性，保证其循环性能。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。下面描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术中制备的硅碳负极材料中硅元素分布均匀性差的问题，本发明提供一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
S1：对树脂进行硬化，得到硬化树脂；
S2：对硬化树脂进行粉碎，得到粉碎后的硬化树脂；
S3：于空气氛围下将粉碎后的硬化树脂升温至600-900℃，保温5h，实现树脂多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向中间产物Ⅰ中通入硅烷气体，升温至400-500℃，保温60-150min，使硅烷裂解，裂解过程中生成的硅附着于树脂碳的多孔结构内部，以及树脂碳的外表面，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂混合，研磨，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：于空气气氛下将树脂多孔硅碳前驱体升温至1000-1500℃，保温5h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，以树脂为原料来制备树脂多孔碳，再以硅烷气体作为硅源，通过硅烷裂解的方式向树脂多孔碳中引入硅元素，一方面有助于避免硅元素团聚，提高硅元素分布的均匀性，从而有助于在提高负极材料比容量的同时，提高其循环性能；另一方面，以树脂多孔碳作为硅元素的支撑碳骨架，再结合硬化树脂碳的包覆步骤，能够有效减轻硅碳材料的体积膨胀，进而有助于提高负极材料结构的稳定性，保证其循环性能。
此外，本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，通过硅烷裂解来向体系引入硅元素，因硅烷裂解过程中产生氢气，氢气在碳材料中逸出时，一方面会有一定的扩孔作用，另一方面氢气逸出的同时能够将硅粉携带至碳材料的孔结构中，更加有助于硅粉的均匀分散，从而有助于进一步提升负极材料的比容量与循环性能。
目前常用的硅碳材料制备方法，通常以石墨为原料来制备多孔碳，以单质硅为硅源，通过高温高压条件，使得单质硅蒸发后，在多孔碳内表面沉积硅，达到让硅单质附在孔内的目的；这种制备方法所需的设备需要有较强的压力承受能力，所以采购该类设备所需的成本较高，升温所需的能源需求较高，此方法经济性较差；同时，硅所分布的碳内表面无支撑骨架，无法有效抑制硅的膨胀，不利于硅碳负极材料循环性能的提升。
而本发明提供的树脂多孔硅碳材料的制备方法，通过硅烷裂解的方式来向体系中引入硅元素，裂解所需温度不高，因此对设备承温的要求不高，整体制备成本较低，有助于提高制备方法的经济性。
本发明优选树脂为热固性树脂，以便于通过热固化的方式来对树脂进行硬化，有助于简化制备过程。
本发明优选树脂选自酚醛树脂、醇酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、乙烯基树脂、氟树脂、聚酮树脂、醛树脂、醛酮树脂、石油树脂、萜烯树脂、涤纶树脂、硝化棉、醋酸丁酸纤维素、氯化树脂、呋喃树脂、达玛树脂、马来酸树脂中的至少一种。
本发明进一步优选树脂为酚醛树脂或环氧树脂。
具体的，本发明优选对树脂进行硬化包括：将树脂加热至150-250℃，保温6-15h，得到硬化树脂。
为提高硅元素分散的均匀性，本发明优选硅烷选自甲硅烷、乙硅烷中的至少一种。
为保证树脂多孔硅碳负极材料的比容量，本发明优选步骤S4中中间产物Ⅰ与硅烷气体的用量比为(45-50)g：7L。
为兼顾树脂多孔硅碳负极材料的比容量以及循环稳定性，本发明优选步骤S5中中间产物Ⅱ与硬化树脂的质量比为(5-10)：1。
硅碳有着克容量大的优势，但在充放电过程中易膨胀，本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料，硅碳以树脂的碳骨架为支撑，可以在一定程度上缓解膨胀；进一步用树脂对硅碳进行了包覆，能进一步抑制其膨胀；本发明采用硅烷的裂解法，对设备的承温要求不高，裂解所需的温度也不高，整体成本较低，有较高的经济性；同时，裂解法产生的气体为氢气，其在逸出碳材料时有一定的扩孔作用，且氢气在溢出时会将硅粉带到其他孔中，更加有助于硅粉的均匀分散。
本发明的另一目的在于提供一种树脂多孔硅碳负极材料，该树脂多孔硅碳负极材料通过如上所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法进行制备。
本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料，制备过程中以树脂为原料来制备树脂多孔碳，再以硅烷气体作为硅源，通过硅烷裂解的方式向树脂多孔碳中引入硅元素，一方面有助于避免硅元素团聚，提高硅元素分布的均匀性，从而有助于在提高负极材料比容量的同时，提高其循环性能；另一方面，以树脂多孔碳作为硅元素的支撑碳骨架，再结合硬化树脂碳的包覆步骤，能够有效减轻硅碳材料的体积膨胀，进而有助于提高负极材料结构的稳定性，保证其循环性能。
本发明提供的树脂多孔硅碳负极材料，孔结构丰富，将硅烷沉积其中，再裂解，硅碳颗粒以树脂多孔碳为骨架，更加稳定，用树脂将硅碳进行包覆，能进一步抑制硅碳的膨胀，提升其稳定性。
本发明的再一目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括如上所述的树脂多孔硅碳负极材料。
本发明提供的锂离子电池，以上述的树脂多孔硅碳为负极材料，该树脂多孔硅碳负极材料制备过程中以树脂为原料来制备树脂多孔碳，再以硅烷气体作为硅源，通过硅烷裂解的方式向树脂多孔碳中引入硅元素，一方面有助于避免硅元素团聚，提高硅元素分布的均匀性，从而有助于在提高负极材料比容量的同时，提高其循环性能；另一方面，以树脂多孔碳作为硅元素的支撑碳骨架，再结合硬化树脂碳的包覆步骤，能够有效减轻硅碳材料的体积膨胀，有助于提高负极材料结构的稳定性，保证其循环性能，进而有助于提升锂离子电池的电化学性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：于空气氛围下，将粉碎后的硬化酚醛树脂升温至870℃，保温5h，使酚醛树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的酚醛树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物Ⅰ中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：于空气氛围中，将树脂多孔硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
实施例2
本实施例提供一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将环氧树脂加热到200℃，保温6小时，完成环氧树脂的硬化，得到硬化的环氧树脂；
S2：将硬化的环氧树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化环氧树脂；
S3：在空气氛围下将粉碎后的硬化环氧树脂升温至630℃，保温5h，使环氧树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的环氧树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向50g中间产物Ⅰ中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：在空气氛围下将树脂多孔硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
实施例3
本实施例提供一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：于空气气氛下将粉碎后的硬化酚醛树脂升温至870℃，保温5h，使酚醛树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的酚醛树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物Ⅰ中通入7L乙硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使乙硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：于空气气氛下将树脂多孔硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
对比例1
本对比例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：在密闭环境中，向45g粉碎后的硬化酚醛树脂中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物；
S4：将中间产物与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂硅碳前驱体；
S5：于空气气氛下将树脂硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂硅碳负极材料。
对比例2
本对比例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：于空气气氛下将粉碎后的硬化酚醛树脂升温至870℃，保温5h，使酚醛树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的酚醛树脂碳，记为中间产物；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，得到负极材料。
对比例3
本对比例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：将粉碎后的硬化酚醛树脂与氧化铜按照质量比9:1均匀混合后升温至800℃，保温5h，使酚醛树脂实现多孔化，后降温至室温，在质量浓度10％的稀硝酸中搅拌8小时，水洗，得到具有多孔结构的酚醛树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物Ⅰ中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6在空气气氛下将树脂多孔硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
对比例4
本对比例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将5mL浓度为85wt％的浓磷酸加入至50g环氧树脂中，快速搅拌，得到硬化的环氧树脂；
S2：将硬化的环氧树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化环氧树脂；
S3：于空气气氛下将粉碎后的硬化环氧树脂升温至630℃，保温5h，使环氧树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的环氧树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物Ⅰ中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将中间产物Ⅱ与按照步骤S1制备的硬化树脂按质量比9:1混合，研磨均匀，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：在空气气氛下将树脂多孔硅碳前驱体升温至1100℃，保温5h，完成树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
对比例5
本对比例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将酚醛树脂加热到220℃，保温10小时，完成酚醛树脂的硬化，得到硬化的酚醛树脂；
S2：将硬化的酚醛树脂进行粉碎，并研磨均匀，得到粉碎后的硬化酚醛树脂；
S3：于空气气氛下将粉碎后的硬化酚醛树脂升温至870℃，保温5h，使酚醛树脂实现多孔化，后降温至室温，得到具有多孔结构的酚醛树脂碳，记为中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向45g中间产物Ⅰ中通入7L甲硅烷气体，升温至450℃，保温90min，使甲硅烷充分裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：通过乙炔与氩气的混合气体对中间产物Ⅱ进行化学气相沉积包碳，乙炔与氩气的混合气流量为100sccm，混合气中乙炔的体积分数为10％，加热温度为900℃，保温时间为1h，完成硬化树脂对硅碳材料的包覆，得到树脂多孔硅碳负极材料。
将上述各实施例以及对比例所得的负极材料按扣式电池工艺制备成扣式电池，制备过程如下：分别以各实施例以及对比例制备的材料为负极活性物质，与偏氟乙烯(PVDF)(溶于N甲基吡咯烷酮中)、导电炭黑按照质量比90:5:5的比例混合均匀，涂覆成电极膜，放在真空干燥箱中于120℃干燥12h，经辊压、冲裁，得到硬碳负极极片；采用金属锂片作对电极，1mol/LNaPF6(EC-DEC＝1:1)为电解液，将上述所得硬炭负极极片在手套箱中组装成2430纽扣式电池，测试其电化学性能；并将负极材料配合磷酸铁锂正极材料制备成单体电池，用游标卡尺检测单体电池在5次循环后电池的膨胀率；测试结果见表1所示。
表1
本发明实施例1-3是含树脂多孔碳支撑的硅碳，且硅碳外有树脂碳包覆，克容量较普通石墨有了较大提升，且单体电池在5次循环后的膨胀率在5％以内，显示出树脂多孔碳骨架的支撑和树脂碳的包覆有助于硅碳的稳定性，提高其循环性能；对比例1是在树脂碳未多孔化的前提下进行了硅烷的添加，但进行了树脂碳的包覆，结果显示克容量虽然有较大提升，但单体电池膨胀率较大，循环性能差；对比例2是在树脂碳多孔化的前提下进行了硅烷的添加，但未进行树脂碳的包覆，其结果也呈现出较大的克容量，但电池膨胀率较大，循环性能差；对比例3与实施例1相比，是通过引入金属氧化物来进行造孔，结果显示膨胀率能与实施例持平，但克容量下降较多，估计原因可能是孔中残留的铜离子无法完全除去，占据了孔道，影响了克容量；对比例4与实施例2相比，是通过引入浓磷酸来对环氧树脂进行交联硬化，结果显示膨胀率与实施例持平，但克容量下降较多，估计原因可能是磷酸根与孔道中的官能团结合较紧密，占据了孔道，影响了克容量；对比例5与实施例1相比，是通过乙炔气体对中间产物Ⅱ进行化学气相沉积包碳，结果显示膨胀率相比于实施例1较大，且克容量下降较多，估计原因可能是乙炔气体气相沉积的产物为乙炔黑，乙炔黑在锂离子电池工艺中作为导电剂使用，其克容量极低，所以影响了后续结果的克容量，膨胀率较大的原因可能是乙炔黑无法有效抑制硅碳的膨胀所致。
因此，只有在多孔树脂碳骨架的支撑和树脂碳包覆的双重作用下，才能更好的抑制硅碳的膨胀。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对树脂进行硬化，得到硬化树脂；
S2：对所述硬化树脂进行粉碎，得到粉碎后的硬化树脂；
S3：于空气氛围下将所述粉碎后的硬化树脂升温至600-900℃，保温5h，实现树脂多孔化，得到中间产物Ⅰ；
S4：在密闭环境中，向所述中间产物Ⅰ中通入硅烷气体，升温至400-500℃，保温60-150min，使硅烷裂解，形成中间产物Ⅱ；
S5：将所述中间产物Ⅱ与所述硬化树脂混合，研磨，得到树脂多孔硅碳前驱体；
S6：于空气气氛下将所述树脂多孔硅碳前驱体升温至1000-1500℃，保温5h，得到树脂多孔硅碳负极材料。
2.如权利要求1所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述树脂为热固性树脂。
3.如权利要求2所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂或环氧树脂。
4.如权利要求2所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，对树脂进行硬化包括：将所述树脂加热至150-250℃，保温6-15h，得到所述硬化树脂。
5.如权利要求1-4任一项所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷选自甲硅烷、乙硅烷中的至少一种。
6.如权利要求5所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述中间产物Ⅰ与所述硅烷气体的用量比为(45-50)g：7L。
7.如权利要求5所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述中间产物Ⅱ与所述硬化树脂的质量比为(5-10)：1。
8.一种树脂多孔硅碳负极材料，其特征在于，通过如权利要求1-7任一项所述的树脂多孔硅碳负极材料的制备方法进行制备。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求8所述的树脂多孔硅碳负极材料。
CN202311025471.3A 2023-08-15 2023-08-15 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池 Pending CN117049549A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311025471.3A CN117049549A (zh) 2023-08-15 2023-08-15 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311025471.3A CN117049549A (zh) 2023-08-15 2023-08-15 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117049549A true CN117049549A (zh) 2023-11-14

Family

ID=88653027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311025471.3A Pending CN117049549A (zh) 2023-08-15 2023-08-15 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117049549A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107507972B (zh) 硅碳负极材料的制备方法、硅碳负极材料以及锂离子电池
CN109148847B (zh) 一种具有高倍率性能的硼掺杂改性的硬碳包覆负极材料及其液相制备方法
CN109360946B (zh) 多次混合包覆高压实密度硅碳负极材料及其制备方法
CN113023734A (zh) 多孔氮掺杂硅基负极材料及其制备方法、负极极片及锂离子电池
CN115417398A (zh) 钠离子电池用高首效硬碳负极
CN113948688A (zh) 一种改性预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用
CN111564610B (zh) 一种碳纳米管修饰的碳包覆磷化亚铜-铜复合颗粒及其制备方法和应用
CN114975976B (zh) 一种纳米硅镶嵌三维蜂窝碳复合负极材料及其制备方法、应用
KR20230137807A (ko) 인산제1철로 탄소 코팅 인산철리튬 재료를 제조하는 방법
CN113060724B (zh) 一种空心碳球及其制备方法和应用
CN103367765A (zh) 多层石墨的制备方法和应用该多层石墨制备锂空气电池阴极的方法
CN110504450B (zh) 一种杂原子掺杂的多级孔碳材料的制备方法及在锂电池负极浆料中的应用
CN109301216B (zh) 一种碳硼复合球包覆的磷酸铁锂电极的制备方法
CN108767249B (zh) 一种硬碳电极材料的制备方法
CN117049549A (zh) 一种树脂多孔硅碳负极材料及其制备方法与锂离子电池
CN113036089B (zh) 一种锂离子电池负极制备方法、负极和锂离子电池
CN110732314B (zh) 固硫用复合多孔碳及其制备方法
CN1251341C (zh) 锂离子电池用天然石墨的表面处理方法
CN114520314B (zh) 具有多孔碳包覆层的负极材料、其制备方法和锂离子电池
CN114551817B (zh) 一种多孔非金属掺杂硅基负极材料及其制备方法、负极、锂离子电池
CN114361417B (zh) 一种负极材料及其制备方法和用途
CN114843508B (zh) 改性天然石墨材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池
CN117902575B (zh) 硬碳复合材料及其制备方法和应用
CN115663152B (zh) 一种硬碳-氮磷双掺杂纳米碳复合碳材料及其制备方法
CN110600691B (zh) 一种高倍率石墨烯复合材料的制备工艺、负极材料和锂电池

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