一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法与流程

本发明属于电池材料，具体地说，涉及一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法。

背景技术

1、锂离子电池负极硅碳复合材料是一种重要的负极材料，用于提高锂离子电池的能量密度和循环寿命。以下是与锂离子电池负极硅碳复合材料相关的
背景技术：

2、1.硅材料的应用：硅具有较高的理论容量(4200mah/g)，远高于传统负极材料(如石墨)，因此被广泛研究作为锂离子电池负极材料的候选材料。然而，硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中容量膨胀较大，导致材料的体积变化和结构破坏，引起电池容量衰减和循环寿命短的问题。

3、2.硅碳复合材料：为了克服硅材料的容量衰减和循环寿命问题，可以将硅与碳材料进行复合。硅碳复合材料通过将硅纳米颗粒嵌入碳基负极材料中，能够实现硅纳米颗粒的固定和约束，从而减小硅颗粒的体积膨胀，提高材料的结构稳定性和电池的循环寿命。

4、3.硅碳复合材料制备方法：硅碳复合材料的制备方法多种多样，常见的包括机械混合法、溶液法、热处理法和电化学沉积法等。这些方法可以实现硅纳米颗粒与碳基材料的均匀分散和结合，形成硅碳复合结构。

5、4.碳材料的选择和改性：碳材料在硅碳复合材料中起到稳定硅纳米颗粒和导电的作用。常用的碳材料包括天然石墨、炭黑、碳纳米管和石墨烯等。通过选择合适的碳材料和进行表面改性，可以增强材料的导电性、机械强度和结构稳定性，改善硅碳复合材料的电化学性能。

6、5.添加剂和包覆材料：为了进一步提高硅碳复合材料的性能，可以引入添加剂和包覆材料。添加剂如聚合物胶束、导电添加剂和粘结剂等，可以提高材料的电导率、结构稳定性和粘结强度。包覆材料如二氧化硅、氮化硅和氧化铝等，可以形成保护层，阻止电解液中的电解质与硅直接接触，减少硅颗粒的体积变化和电化学反应，提高电池的循环寿命。

7、综上所述，锂离子电池负极硅碳复合材料的研究离不开硅材料的应用、硅碳复合材料的制备方法、碳材料的选择和改性，以及添加剂和包覆材料的应用等背景技术的支持。这些技术的不断发展和创新，为提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性提供了基础和解决方案。通过优化硅碳复合材料的结构和性能，可以实现锂离子电池的高能量密度、长循环寿命和良好的安全性能，推动锂离子电池在电动车辆、便携设备和储能系统等领域的广泛应用。

8、申请公开号为cn116613299a的中国发明专利公开了一种新型硅碳负极材料的制备方法及其产品，其技术方案如下：“新型硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

9、(1)惰性气氛下，将作为基底的多孔碳材料置于沉积炉中，升温至400～700℃；

10、(2)向沉积炉中通入包含硅源气体和碳源气体的混合气a，调节尾气管气压阀，使沉积过程中炉内压力始终保持5～10mpa，持续通气进行气相沉积后得到中间产物；

11、(3)降温至200～300℃后，将包含含氧气体与载气的混合气b通入沉积炉中，经表面钝化及后处理得到新型硅碳负极材料”。虽然其效果较好，但是工艺过程中需要较高温度及较高的压力，生产成本高，环境污染大。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，经测试，可以有效维护电池的循环容量。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

4、包括以下步骤：

5、将盐酸胍、(3-氨丙基)三甲氧基硅烷与超纯水以质量体积比(6mg-20mg)：(0.2ml-3ml)：(1ml-5ml)进行混合溶解，采用涡旋机进行充分震荡，得到混合液；将混合液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热合成反应釜中进行反应，利用烘箱升温至140℃-180℃进行反应，控制反应时间6h，得到反应液，结束后冷却反应液至室温；将反应液离心，并收集上清液；

6、接着，将收集的上清液，与醋酸钠、十六烷基胺及柠檬酸钠混合，其中上清液、醋酸钠、十六烷基胺、柠檬酸钠之间的质量体积比为(10ml-15ml)：(0.5g-3g)：(0.1ml-1ml)：(0.1g-0.6g)，室温下摇床以200rpm下混匀2h，直至溶液呈现绿色，将溶液使用3000da的透析膜进行透析，回收滞留液，分散于30ml的n,n-二甲基甲酰胺溶液中，得到黏稠的复合物；

7、最后，将上述得到的黏稠的复合物，与改性碳纳米管、丙二醇、氯化铁、丙酮进行超声混匀，其中黏稠的复合物、改性碳纳米管、丙二醇、氯化铁、丙酮之间的质量体积比为(2g-10g)：0.1g：6ml：0.2g：10ml，收集棕褐色沉淀物，将棕褐色沉淀物重悬于五倍质量的乙醇溶液中得到涂层材料，将石墨烯与涂层材料进行沉积处理，其中石墨烯与涂层材料之间的质量体积比为(10g-30g)：(10ml-30ml)，接着在80℃真空条件下放置12h，得到锂离子电池负极硅碳复合材料。

8、上述所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

9、所述的改性碳纳米管的制备方法如下：

10、将0.1g对苯二胺、50mg碳纳米管分散至10ml质量分数为10％的氨水中，在90℃下搅拌回流8h，使用0.22um微孔滤膜过滤，最后在60℃下真空干燥60min，得到改性碳纳米管。

11、上述所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

12、所述的沉积处理的方法为电化学沉积法。

13、上述所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

14、所述的电化学沉积法如下：

15、以含涂层材料的乙醇溶液为工作溶液，以石墨烯为工作电极，以铂电极为对电极，进行沉积处理。

16、上述所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

17、其中工作溶液中涂层材料与乙醇溶液的质量体积比为10g：200ml。

18、上述所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，

19、所述的电化学沉积法的参数如下：

20、时间为200min，电压为5v。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明创新设计了基于(3-氨丙基)三甲氧基硅烷、盐酸胍、改性碳纳米管为主体的硅碳复合材料并辅助十六烷基胺、还原剂柠檬酸钠钾等多种物质综合得到的复合材料，上述物质相互之间协同增效，对锂电池的可循环的容量起到促进作用；同时，本发明首次将硅烷偶联剂与导电的碳纳米管进行组合，起到有效导电循环次数；此外，推测，可能是氯化铁等起到保护锂电池作用，带来一定散热效果，维持锂电池整体的效能。硅碳复合材料有利于锂离子的有效迁移，避免锂离子集中并产生应力累积，造成有效锂离子的迁移数量较少，进而实际容量低，且十六烷基胺通过包裹在石墨烯表面，可以满足负极材料的安全性。

技术特征：

1.一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池负极硅碳复合材料的制备方法，属于电池材料技术领域。创新设计了基于(3‑氨丙基)三甲氧基硅烷、盐酸胍、改性碳纳米管为主体的硅碳复合材料并辅助十六烷基胺、还原剂柠檬酸钠钾等多种综合得到的复合材料，上述物质相互之间协同增效，对锂电池的可循环的容量起到促进作用；同时，本发明首次将硅烷偶联剂与导电的碳纳米管进行组合，起到有效导电循环次数；此外，氯化铁等起到保护锂电池作用，维持锂电池整体的效能。硅碳复合材料有利于锂离子的有效迁移，避免锂离子集中并产生应力累积，造成有效锂离子的迁移数量较少，进而实际容量低，且十六烷基胺可以满足负极材料的安全性，具体是通过包裹在石墨烯表面。

技术研发人员：吕诗,刘会忠
受保护的技术使用者：葫芦岛市铭浩新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8