【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及硅碳負極材料，具體涉及一種多孔硅碳復合負極材料及其制備方法。
技術介紹
1、隨著電動汽車、智能手機等電子設備的普及，對高性能、長壽命的鋰離子電池的需求日益增長，負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其性能直接影響到電池的整體性能。
2、目前，鋰離子電池負極材料主要包括碳基材料和硅基材料兩大類，碳基材料雖然具有良好的循環穩定性和安全性，但其理論比容量較低，難以滿足高能量密度電池的需求，硅基材料雖然具有較高的理論比容量，但在充放電過程中體積變化大，易導致電極結構破壞和容量衰減，限制了其在實際應用中的性能。
3、現有技術中，公開號為cn117239048a的一篇中國專利技術專利，公開了一種硅碳負極材料的制備方法，包括：s1、將氧化石墨烯-硅納米顆粒、石墨、瀝青混合，得到混合物料；s2、對混合物料進行連續包覆碳化處理：先將混合物料升溫至400℃-800℃，保溫3-10h；再升溫至碳化溫度，保溫，冷卻；s3、將連續包覆碳化后物料進行石墨化處理，得到。所述方法能夠有效地解決完美的石墨烯包覆硅材料導致的容量下降問題，以及因比表面積過大消耗過量的電解液而造成首次容量低的問題。
4、但是，其還是沒有解決現有中由于硅在充放電過程中產生的體積變化，而造成硅碳負極材料結構破壞與容量衰減，并且，現有的硅碳負極材料，通常只是在硅材料外部形成碳包覆，硅碳負極材料的比表面積小，硅碳復合負極材料上的鋰離子擴散通道少，鋰離子在材料內部的傳輸阻力大，電池的庫倫效率和比容量有待進一步提高。
5、針對此方面的
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種多孔硅碳復合負極材料及其制備方法，用于解決現有技術中硅碳負極材料結構容易被破壞、容量衰減嚴重和現有的硅碳負極材料的比表面積小，電池的庫倫效率和比容量有待進一步提高的技術問題。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案實現：
3、一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將復合硅藻土置于密閉的石英管中，在混合氣體氛圍下，石英管溫度以5-8℃/min升溫速率升高至700-780℃，保溫處理12-14h，后處理得到納米復合硅；
5、s2、在納米復合硅的外部包覆一層石墨烯層，制備得到復合納米硅；
6、s3、將聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、n,n-二甲基甲酰胺加入到反應釜中攪拌至體系溶解，向反應釜中加入復合納米硅，反應釜溫度升高至55-65℃，攪拌2-3h，后處理得到硅碳復合前驅體；
7、s4、將硅碳復合前驅體加入到惰性氣體氛圍保護的管式爐中，管式爐溫度升高至720-750℃，保溫處理6-8h，降溫，出料，研磨，過200目篩網，得到硅碳復合材料。
8、進一步的，步驟s1中，所述混合氣體由氫氣與氮氣按體積比1:2組成，所述后處理操作包括：反應完成之后，石英管自然降溫至室溫，粉碎，得到納米復合硅。
9、進一步的，步驟s3中，所述聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、n,n-二甲基甲酰胺和復合納米硅的用量比為1-2g:0.3-0.5g:50ml:4g，所述后處理操作包括：反應完成之后，向反應釜中加入純化水，攪拌30-50min，反應釜溫度自然降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌3從后抽干，將其轉移到溫度為-20℃的凍干機中凍干，得到硅碳復合前驅體。
10、進一步的，所述復合硅藻土由以下步驟加工得到：
11、a1、將硅藻土、純化水加入到反應釜中攪拌，向反應釜中加入鹽酸，調節體系ph＝2-3，反應釜溫度升高至50-60℃，保溫攪拌6-8h，后處理得到預處理硅藻土；
12、a2、將預處理硅藻土、磷酸鐵加入到球磨機中，球磨30-50h，得到復合硅藻土。
13、進一步的，步驟a1中，所述硅藻土、純化水的用量比為1g:20-30ml，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉移到溫度為70-80℃的干燥箱中烘干后，將其轉移到溫度為850-950℃的管式爐中，保溫煅燒3-5h，自然降溫至室溫，出料，得到預處理硅藻土。
14、進一步的，步驟a2中，所述預處理硅藻土、磷酸鐵的重量比為10:1-1.2，所述球磨機轉速為1000-1100r/min。
15、進一步的，所述復合納米硅由以下步驟加工得到：
16、b1、將納米復合硅、50wt％乙醇和3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到反應釜中攪拌，反應釜溫度升高至50-60℃，向反應釜中加入0.5mol/l氫氧化鈉溶液，保溫反應3-5h，后處理得到改性納米復合硅；
17、b2、將尿素和純化水加入到反應釜中，超聲分散至體系溶清，向反應釜中加入氧化石墨烯和改性納米復合硅，超聲分散40-60min，反應釜溫度升高至體系回流，保溫反應20-24h，后處理得到復合納米硅。
18、進一步的，步驟b1中，所述納米復合硅、50wt％乙醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷和0.5mol/l氫氧化鈉溶液的用量比為5g:50ml:1.2-1.6g:10ml，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉移到溫度為65-75℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性納米復合硅。
19、進一步的，步驟b2中，所述尿素、純化水、氧化石墨烯和改性納米復合硅的用量比為10g:100ml:3-5g:6-8g，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅轉移到溫度-20℃的凍干機中凍干，得到復合納米硅。
20、一種多孔硅碳復合負極材料，所述復合負極材料采用一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法制備得到。
21、本專利技術具備下述有益效果：
22、1、本專利技術的多孔硅碳復合負極材料，通過以硅藻土為原料，對其進行預處理后與磷酸鐵復合，在氫氣氛圍下進行高溫還原處理，制備磷酸鐵修飾的納米復合硅，通過在其外部逐層包覆石墨烯和聚偏氟乙烯，經過高溫煅燒處理，制備得到；通過對磷酸鐵對硅源進行摻雜，緩解載體硅在循環過程中的體積效應，提高負極材料的整體穩定性，從而提高材料電化學性能的循環保有量，逐層包覆的硅碳復合結構，能夠改善材料的比表面積和振實密度的同時，進一步的提高材料的電化學性能。
23、2、本專利技術的多孔硅碳復合負極材料，通過鹽酸對分散的硅藻土進行熱處理，促進硅藻土中的鈣鹽與金屬向可溶性鹽轉化，并通過高溫焙燒處理，促進有機物碳化，提高硅藻土中硅的含量，磷酸鐵與硅藻土經過球磨機進行球磨混合，將磷酸鐵嵌入到硅藻土中，經過高溫還原處理，將硅藻土中二氧化硅還原成多孔硅單質，形成磷酸鐵嵌合的硅源微粒，磷酸鐵本身具有較好的結構穩定性和較小的體積變化，它的存在可以像“緩沖層”一樣，減少硅顆粒在充放電過程中的應力變化，減少電極在循環過程中的裂紋和粉化，保持電極材料的完整性和穩定性，進而改善電池的循環性能，并且，磷酸鐵具有本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述混合氣體由氫氣與氮氣按體積比1:2組成，所述后處理操作包括：反應完成之后，石英管自然降溫至室溫，粉碎，得到納米復合硅。
3.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、N,N-二甲基甲酰胺和復合納米硅的用量比為1-2g:0.3-0.5g:50mL:4g，所述后處理操作包括：反應完成之后，向反應釜中加入純化水，攪拌30-50min，反應釜溫度自然降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌3從后抽干，將其轉移到溫度為-20℃的凍干機中凍干，得到硅碳復合前驅體。
4.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述復合硅藻土由以下步驟加工得到：
5.根據權利要求4所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A1中，所述硅藻土、純化水的用量比為1g:20-30mL，所述后處理操作包括：反應
6.根據權利要求4所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟A2中，所述預處理硅藻土、磷酸鐵的重量比為10:1-1.2，所述球磨機轉速為1000-1100r/min。
7.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述復合納米硅由以下步驟加工得到：
8.根據權利要求7所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B1中，所述納米復合硅、50wt％乙醇、3-氨丙基三乙氧基硅烷和0.5mol/L氫氧化鈉溶液的用量比為5g:50mL:1.2-1.6g:10mL，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉移到溫度為65-75℃的干燥箱中，干燥至恒重，得到改性納米復合硅。
9.根據權利要求7所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟B2中，所述尿素、純化水、氧化石墨烯和改性納米復合硅的用量比為10g:100mL:3-5g:6-8g，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅轉移到溫度-20℃的凍干機中凍干，得到復合納米硅。
10.一種多孔硅碳復合負極材料，其特征在于，所述復合負極材料采用如權利要求1-9任一項所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法制備得到。
...【技術特征摘要】
1.一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述混合氣體由氫氣與氮氣按體積比1:2組成，所述后處理操作包括：反應完成之后，石英管自然降溫至室溫，粉碎，得到納米復合硅。
3.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述聚偏二氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、n,n-二甲基甲酰胺和復合納米硅的用量比為1-2g:0.3-0.5g:50ml:4g，所述后處理操作包括：反應完成之后，向反應釜中加入純化水，攪拌30-50min，反應釜溫度自然降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌3從后抽干，將其轉移到溫度為-20℃的凍干機中凍干，得到硅碳復合前驅體。
4.根據權利要求1所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述復合硅藻土由以下步驟加工得到：
5.根據權利要求4所述的一種多孔硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟a1中，所述硅藻土、純化水的用量比為1g:20-30ml，所述后處理操作包括：反應完成之后，反應釜溫度降低至室溫，抽濾，濾餅用純化水洗滌至中性后抽干，濾餅轉移到溫度為70-80℃的干燥箱中烘干后，將其轉移到溫度為850-950℃的管式爐中，保溫煅燒3-5h，自然降溫至室溫，出料，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：范興仕，張耀車，代習文，陳繼銀，
申請(專利權)人：安徽省杰事途新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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