CN103280552A - 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103280552A
CN103280552A CN201310169755XA CN201310169755A CN103280552A CN 103280552 A CN103280552 A CN 103280552A CN 201310169755X A CN201310169755X A CN 201310169755XA CN 201310169755 A CN201310169755 A CN 201310169755A CN 103280552 A CN103280552 A CN 103280552A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
carbon composite
carbon
anode material
lithium ion
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
CN201310169755XA
Other languages
English (en)
Inventor
张玉花
梁文明
叶张军
李勇
张兢
王一波
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.)
ZHEJIANG JINKAILAI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
ZHEJIANG JINKAILAI NEW ENERGY 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 ZHEJIANG JINKAILAI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical ZHEJIANG JINKAILAI NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201310169755XA priority Critical patent/CN103280552A/zh
Publication of CN103280552A publication Critical patent/CN103280552A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

一种硅碳复合负极材料，粒径为100-200nm的二氧化硅颗粒表面包裹有一层粒径为140-250nm的碳。一种硅碳复合负极材料的制备方法，1）、备料，选用粒径为100-200nm的二氧化硅纳米球颗粒；2）、溶解：将选好的二氧化硅纳米球颗粒在葡萄糖溶液里充分溶解后，其形成的溶液再在水热釜中加热，加热时先升温至160-180℃，然后再在160-180℃区间内恒温加热6-10小时即得成品，其中，葡萄糖溶液的浓度为0.2-0.6mol/L。本发明的制备工艺简单，原料成本低廉，适用于高容量型各类锂离子电池负极材料。它碳硅复合负极材料比容量高，循环性能良好。

Description

一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种硅碳复合负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池主要由正极、负极和电解质溶液等组成。电极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素，其物理化学性能直接决定了锂离子电池的整体性能水平。电解质溶液的性质、组成和浓度也是决定锂离子电池充放电性能的重要因素。因而，锂离子电池正极、负极和电解质材料的研究是整个锂离子电池研究领域的重点，备受世界各国的高度重视。
锂离子电池负极材料作为决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，主要包括碳材料、氧化物负极材料、金属及合金类负极材料和复合负极材料等。
目前，商业化碳负极材料存在的主要问题是实际比容量低（约为300～330 mAh/g，理论比容量为372 mAh/g）、倍率放电性能差等，其组装电池已远远不能满足实际需求。尽管人们对碳材料进行了掺杂改性或表面处理，但是碳材料储锂能力低是导致其实际比容量难以提高的根本原因。为了满足高能量电源的需求，研究人员不断的探索高容量、长寿命的新型锂离子电池负极材料，以代替目前低比容量的商业化碳材料。硅（Si）是目前所发现的具有最高储锂量的负极材料，其理论嵌锂容量达4200 mAh/g，现已成为目前研究的主要负极材料之一。然而，伴随着锂离子的不断脱嵌，Si 基负极将产生巨大体积变化，引起Si 基体的机械***，导致电极变形与开裂，从而逐渐崩塌、粉化失效，表现出较差充放电循环性能。如何改善它的循环稳定性，
是目前亟需解决的问题。同时，这也是所有Si 基、金属及合金类负极材料面临的难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种锂离子电池的负极材料及其制备方法，本发明提供的锂离子电池硅碳复合负极材料具有循环性能好和比容量高的特点；本发明提供的锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法工艺简单，原料成本低廉，适用于高容量型各类锂离子电池负极材料。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种硅碳复合负极材料，粒径为100-200nm的二氧化硅颗粒表面包裹有一层粒径为140-250nm的碳。
所述二氧化硅颗粒为纳米球状，碳为无定形状。
一种硅碳复合负极材料的制备方法， 1）、备料，选用粒径为100-200nm的二氧化硅纳米球颗粒；
2）、溶解：将选好的二氧化硅纳米球颗粒在葡萄糖溶液里充分溶解后，其形成的溶液再在水热釜中加热，加热时先升温至160-180℃，然后再在160-180℃区间内恒温加热6-10小时即得成品，其中，葡萄糖溶液的浓度为0.2-0.6mol/L。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明采用实用简易的方法制备碳硅复合负极材料，我们知道碳类材料在充放电过程中体积变化小，具有良好的循环稳定性，而且其本身是离子与电子的混合导体，因此常被选作高容量负极材料的即分散载体。因此本发明的锂离子电池硅碳复合负极材料具有优良的循环性能和比容量：循环25次后容量保持率在93%以上，比容量大于1500mAh/g。
2、本发明提供的锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法工艺简单，原料成本低廉，适用于高容量型各类锂离子电池负极材料。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1是本发明的硅碳复合负极材料的扫描电镜（SEM）照片；
图2是本发明的硅碳复合负极材料的透射电镜（TEM）照片。
具体实施方式
    以下结合具体实例来对本发明来做进一步的说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所记载的范围。
实施案例1：
取正硅酸四乙酯（TEOS）75mmol溶解于60ml水中在室温下磁力搅拌，然后依次加入无水乙醇170ml，浓度为28%氨水15.7 ml，充分搅拌，反应2h。再将0.5g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到为浓度0.5摩尔的葡糖糖溶液。称取一定量的二氧化硅颗粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室温下磁力搅拌， 反应1-2h。水热合成法将上述反应溶液在180℃下反应，反应6小时。室温冷却后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的复合材料。
实施案例2
取正硅酸四乙酯（TEOS）60mmol溶解于60ml水中在室温下磁力搅拌，然后依次加入无水乙醇170ml，浓度为28%氨水15.7 ml，充分搅拌，反应2h。再将0.5g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到为浓度0.5摩尔的葡糖糖溶液。称取一定量的二氧化硅颗粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室温下磁力搅拌， 反应1-2h。水热合成法将上述反应溶液在180℃下反应，反应6小时。室温冷却后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的复合材料。
实施案例3
取正硅酸四乙酯（TEOS）75mmol溶解于60ml水中在室温下磁力搅拌，然后依次加入无水乙醇170ml，浓度为28%氨水15.7 ml，充分搅拌，反应2h。再将1g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到为浓度0.5摩尔的葡糖糖溶液。称取一定量的二氧化硅颗粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室温下磁力搅拌， 反应1-2h。水热合成法将上述反应溶液在180℃下反应，反应10小时。室温冷却后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的复合材料。
实施案例4
取正硅酸四乙酯（TEOS）60mmol溶解于60ml水中在室温下磁力搅拌，然后依次加入无水乙醇170ml，浓度为28%氨水15.7 ml，充分搅拌 ，反应2h。再将1g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到为浓度0.5摩尔的葡糖糖溶液。称取一定量的二氧化硅颗粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室温下磁力搅拌， 反应1-2h。水热合成法将上述反应溶液在180℃下反应，反应6小时。室温冷却后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的复合材料。
实施案例5
取正硅酸四乙酯（TEOS）60mmol溶解于60ml水中在室温下磁力搅拌，然后依次加入无水乙醇170ml，浓度为28%氨水15.7 ml，充分搅拌，反应2h。再将1g的葡糖糖溶解于15mL的水溶液中，得到为浓度0.5摩尔的葡糖糖溶液。称取一定量的二氧化硅颗粒溶解在上述的葡糖糖溶液中室温下磁力搅拌， 反应1-2h。水热合成法将上述反应溶液在160℃下反应，反应10小时。室温冷却后，65℃真空干燥12h,即得碳包裹二氧化硅的复合材料。
表1 实施例1-5的电性能测试
实施例 比容量 循环25周容量保持率%
实施例1 1563mAh/g 93.2%
实施例2 1457mAh/g 92.3%
实施例3 1502mAh/g 92.5%
实施例4 1502mAh/g 92.6%
实施例5 1398mAh/g 91.6%

Claims (3)

1.一种硅碳复合负极材料，其特征在于：粒径为100-200nm的二氧化硅颗粒表面包裹有一层粒径为140-250nm的碳。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合负极材料，其特征在于：二氧化硅颗粒为纳米球状，碳为无定形状。
3.一种硅碳复合负极材料的制备方法，其特征在于：1）、备料，选用粒径为100-200nm的二氧化硅纳米球颗粒；
2）、溶解：将选好的二氧化硅纳米球颗粒在葡萄糖溶液里充分溶解后，其形成的溶液再在水热釜中加热，加热时先升温至160-180℃，然后再在160-180℃区间内恒温加热6-10小时即得成品，其中，葡萄糖溶液的浓度为0.2-0.6mol/L。
CN201310169755XA 2013-05-09 2013-05-09 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法 Pending CN103280552A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310169755XA CN103280552A (zh) 2013-05-09 2013-05-09 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310169755XA CN103280552A (zh) 2013-05-09 2013-05-09 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103280552A true CN103280552A (zh) 2013-09-04

Family

ID=49063031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310169755XA Pending CN103280552A (zh) 2013-05-09 2013-05-09 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103280552A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104157855A (zh) * 2014-07-25 2014-11-19 宁波卡尔新材料科技有限公司 锂离子电池多级结构硅碳复合负极材料的制备方法
CN111029554A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 湖北万润新能源科技发展有限公司 一种原位碳包覆的二氧化硅碳复合材料制备方法及其应用
CN111599989A (zh) * 2020-05-28 2020-08-28 湖北亿纬动力有限公司 一种硅基负极片及其制备方法和用途
CN113104852A (zh) * 2021-03-16 2021-07-13 北京科技大学 一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN113193197A (zh) * 2021-04-26 2021-07-30 河北师范大学 一种商业锂电池正极材料磷酸铁锂添加剂的制备方法
CN113328096A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 成都大学 一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122708A (zh) * 2010-01-08 2011-07-13 中国科学院物理研究所 用于锂离子二次电池的负极材料、含该负极材料的负极及其制备方法以及含该负极的电池
CN103035917A (zh) * 2013-01-09 2013-04-10 北京科技大学 一种锂离子电池二氧化硅/碳复合负极材料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122708A (zh) * 2010-01-08 2011-07-13 中国科学院物理研究所 用于锂离子二次电池的负极材料、含该负极材料的负极及其制备方法以及含该负极的电池
CN103035917A (zh) * 2013-01-09 2013-04-10 北京科技大学 一种锂离子电池二氧化硅/碳复合负极材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BINGKUN GUO等: "Electrochemical reduction of nano-SiO2 in hard carbon as anode material for lithium ion batteries", 《ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS》 *
YU YAO等: "Carbon-coated SiO2 nanoparticles as anode material for lithium ion batteries", 《JOURNAL OF POWER SOURCES》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104157855A (zh) * 2014-07-25 2014-11-19 宁波卡尔新材料科技有限公司 锂离子电池多级结构硅碳复合负极材料的制备方法
CN104157855B (zh) * 2014-07-25 2016-06-22 宁波卡尔新材料科技有限公司 锂离子电池多级结构硅碳复合负极材料的制备方法
CN111029554A (zh) * 2019-12-25 2020-04-17 湖北万润新能源科技发展有限公司 一种原位碳包覆的二氧化硅碳复合材料制备方法及其应用
CN111599989A (zh) * 2020-05-28 2020-08-28 湖北亿纬动力有限公司 一种硅基负极片及其制备方法和用途
CN113104852A (zh) * 2021-03-16 2021-07-13 北京科技大学 一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN113104852B (zh) * 2021-03-16 2022-04-05 北京科技大学 一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN113193197A (zh) * 2021-04-26 2021-07-30 河北师范大学 一种商业锂电池正极材料磷酸铁锂添加剂的制备方法
CN113193197B (zh) * 2021-04-26 2022-03-11 河北师范大学 一种商业锂电池正极材料磷酸铁锂添加剂的制备方法
CN113328096A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 成都大学 一种硅碳复合材料的制备方法、硅基负极材料和锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103280552A (zh) 一种锂离子电池的硅碳复合负极材料及其制备方法
CN103337613B (zh) 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池
CN108269982B (zh) 一种复合材料、其制备方法及在锂离子电池中的应用
CN105470455A (zh) 一种改性锂离子电池正极材料及其制备方法
CN107068997A (zh) 一种基于碳生物质壳的硬碳/石墨复合材料及其制备方法
CN105428648B (zh) 一种电池正极材料磷酸铁锂的制备方法
CN101504979A (zh) LiFePO4/C复合正极材料一种新型制备方法
CN102881871A (zh) 一种制备锂离子电池负极石墨/硅复合材料的方法
CN106469828A (zh) 一种石墨/普鲁士蓝复合材料制备方法及其应用
CN113104852B (zh) 一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法
CN104617270B (zh) 一种球形中空钛酸锂/石墨烯复合材料作为锂电池负极材料的制备方法
CN109037552B (zh) 一种用于钠硫电池的隔膜材料的制备方法
CN105206832B (zh) 一种锌负极材料的烧结制备方法
CN105977486A (zh) 一种用作钠离子电池正极材料的富钠过渡金属硅酸盐的制备方法和应用
CN109037649A (zh) 一种掺杂包覆改性的镍钴铝酸锂正极材料及其制备方法
CN114148997A (zh) 元素掺杂磷酸钒纳钠离子电池正极材料及其可控制备方法
CN104332629A (zh) 一种磷酸锰锂中空纳米球的制备方法及产品
CN102800858A (zh) 铁氧化物基锂离子电池负极材料的制备方法及用途
CN102694159A (zh) 一种嵌锂三氧化钼电极材料的制备方法
CN110808374B (zh) 一种氮掺硒化钼的合成方法、氮掺硒化钼及其应用
CN102079530A (zh) 一种溶胶凝胶技术制备锂离子电池正极材料硼酸铁锂的方法
CN103811741B (zh) 钒氧化物纳米线围绕而成的栗子花状中空微球及其制备方法和应用
CN103441239A (zh) 一种纳米级三元正极材料的合成方法
CN101673821B (zh) 一种以磷酸氢锰制备磷酸锰锂/碳复合材料的方法
CN102751503A (zh) 锂电池碳/锡酸锂/石墨烯复合负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20130904