具有三维预留孔结构的硅碳复合负极材料及其制备方法

摘要

发明公开了一种具有三维预留孔结构的硅碳复合负极材料及其制备方法。所述复合负极材料以具有高导电率和稳定结构的碳材料作为基体，分散地容纳高容量硅粒子，在每一颗或几颗硅粒子周围预留有合适的三维膨胀空间。所述制备方法包括硅粒子的表面改性、二氧化硅包覆硅粒子、碳源前躯体包覆二氧化硅/硅复合粒子、高温碳化处理以及去除二氧化硅模板等步骤。本发明所制备的复合材料用于锂离子电池时可逆比容量高，循环性能优秀，制备工艺简单，原料来源广泛，适合工业化生产。

主权项

一种具有三维预留孔结构的硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：对硅粒子进行表面改性：取平均粒径在30nm～1μm的硅粒子，按硅粒子与有机溶剂质量比1:100～1:10，超声分散在有机溶剂中，形成均匀的硅粒子悬浮液；将硅粒子悬浮液置于搅拌器中机械搅拌，同时，滴加表面改性剂，继续搅拌反应1～2小时，得到表面改性后的高容量硅粒子分散液；第二步：二氧化硅包覆硅粒子：取经第一步改性处理后的硅粒子分散液，在超声的过程中，调节溶液的pH=8～10，形成分散均匀的碱性悬浮液；然后缓慢滴加正硅酸乙酯的乙醇溶液到分散均匀的碱性悬浮液中，正硅酸乙酯与乙醇的体积比为1:10～20，滴加速度0.1～1mL/min，滴加完后在38‑42℃的水浴中机械搅拌反应1～2小时，反应结束后，离心除去上清液，用无水乙醇和水洗涤，干燥后得到二氧化硅包覆的硅粒子；第三步：碳源前躯体包覆二氧化硅/硅复合粒子：将碳源前躯体溶于溶剂中形成碳源前躯体溶液，将第二步所得二氧化硅包覆的硅粒子加入到碳源前躯体溶液中，超声混合0.5～1小时；将温度升高至55‑65℃机械搅拌1～2小时，然后转入干燥箱，先在75‑85℃下预干燥10‑14小时，后在140‑160℃下干燥10‑14小时，研磨得到粒径1～20μm的碳/二氧化硅/硅的复合粒子；第四步：高温碳化处理：将第三步所得碳/二氧化硅/硅的复合粒子在保护性气氛下，以1～10℃/分钟的速度升温至600～1200℃，保温2～5小时，自然冷却到室温，得到碳/二氧化硅/硅的复合粒子；第五步：去除二氧化硅模板：将第四步所得的碳/二氧化硅/硅的复合粒子加入到质量浓度为4～40%的氢氟酸中，机械搅拌反应2～6小时，溶解作为预留孔模板的二氧化硅，得到用于锂离子电池的具有三维预留孔结构的硅碳复合负极材料。