CN104766958A - 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents
一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104766958A CN104766958A CN201410008625.2A CN201410008625A CN104766958A CN 104766958 A CN104766958 A CN 104766958A CN 201410008625 A CN201410008625 A CN 201410008625A CN 104766958 A CN104766958 A CN 104766958A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- silicon
- autoclave
- organic carbon
- mixture
- 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
Links
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 29
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 47
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000007833 carbon precursor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 17
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 39
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 claims description 17
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 17
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 17
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 claims description 13
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 9
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- -1 polypropylene Polymers 0.000 claims description 8
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 7
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 6
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 abstract 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 18
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001761 ethyl methyl cellulose Substances 0.000 description 3
- 235000010944 ethyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N (2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dimethoxy-2-(methoxymethyl)-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-trimethoxy-6-(methoxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6r)-4,5,6-trimethoxy-2-(methoxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxane Chemical compound CO[C@@H]1[C@@H](OC)[C@H](OC)[C@@H](COC)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](OC)[C@@H](OC)[C@H](O[C@H]2[C@@H]([C@@H](OC)[C@H](OC)O[C@@H]2COC)OC)O[C@@H]1COC LNAZSHAWQACDHT-XIYTZBAFSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N Butyraldehyde Chemical compound CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000006253 efflorescence Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
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
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- 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
-
- 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
Abstract
本发明公开了一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池，该方法包括以下步骤：（1）将硅基材料放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解有机碳前躯体的超临界流体泵入到高压反应釜中，得到混合物；（2）再将高压反应釜与泄压的密闭容器连通，混合物进入到泄压的密闭容器中，得到有机碳前躯体包覆硅基材料的复合材料；（3）在非氧化气氛下高温碳化，得到硅碳复合材料。超临界流体使得有机碳前驱体得到了充分分散，使得有机碳前躯体与硅基材料混合得更均匀且增加结合力，进入到泄压容器后超临界二氧化碳挥发成气态后仍可继续重复利用，在有机碳前躯体和硅基材料的混合物中没有引入杂质，进一步提高了电池的倍率性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
近年来，随着能源环境问题的日益严重以及电子产品轻型化的要求，人们对锂离子电池的研究不断深入。传统的锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜和电解液四个组成部分。常见的锂离子电池正极材料通常选择含锂的活性化合物，负极材料则选自碳系材料。充电时，加在电池两极的电势差迫使正极中的活性物质释放出锂离子，嵌入层状结构的负极材料；放电时，锂离子则是从层状结构的碳系负极材料中析出，与正极材料中的活性物质结合。
普通石墨类负极材料具有较高的循环效率和良好的循环性能，已经广泛用于锂离子电池的生产应用中。但是石墨类负极材料的储存锂的容量较低，理论比容量仅为372mAh/g。所以人们正研究开发新的高容量的硅基材料用于锂离子电池负极应用。
硅可以部分重复的，相对低压条件下进行储存锂的反应，硅能提供很大的比容量，硅基材料理论比容量可以达到4200mAh/g。但是，在电池充放电过程中，锂的嵌入和脱出循环会导致硅体积的巨大变化，硅的严重的体积膨胀和收缩，会造成材料结构的破坏，材料粉化，从而导致锂离子电池循环性能的急剧衰退。所以，人们正努力去降低这一体积效应以保持负极材料的结构完整性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池，该制备方法中采用超临界流体能使有机碳前驱体得到充分分散，使得有机碳前躯体与硅基材料混合得更均匀且增加结合力，使其进入到泄压容器后，超临界二氧化碳挥发成气态后仍可继续重复利用，在有机碳前躯体和硅基材料的混合物中没有引入杂质，进一步提高锂离子电池的倍率性能。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅基材料放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解了有机碳前躯体的超临界流体泵入到所述高压反应釜中，得到所述硅基材料、所述有机碳前躯体、所述超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与泄压的密闭容器（膨胀室）连通，所述混合物进入到所述泄压的密闭容器中，得到所述有机碳前躯体包覆所述硅基材料的复合材料；
（3）将所述有机碳前躯体包覆所述硅基材料的复合材料在非氧化气氛下高温碳化，得到硅碳复合材料。
优选的是，所述步骤（1）中的所述有机碳前躯体的质量占所述有机碳前躯体与所述超临界流体总质量的0.01～10%。
优选的是，所述硅基材料的粒径为20～200nm。
优选的是，所述步骤（1）中的所述高压反应釜内的温度为-10～100℃，压力为1～10MPa，与维持所述超临界流体所需的压力和温度相适应。
优选的是，所述步骤（1）中的所述硅基材料为硅，一氧化硅，硅和一氧化硅的混合物，硅、一氧化硅和二氧化硅的混合物，硅和二氧化硅的混合物，一氧化硅和二氧化硅的混合物中的一种；
有机碳前躯体为甲基纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；
所述超临界流体为超临界二氧化碳、超临界水、超临界甲醇中的一种。
优选的是，所述步骤（3）中的所述高温碳化的温度为350～850℃，碳化的时间为1～24小时。
优选的是，所述步骤（3）中得到的所述硅碳复合材料中的所述硅的质量占所述硅碳复合材料质量的50～90%。
优选的是，所述步骤（3）中的所述非氧化气氛为氮气、氩气、氢气、氨气、一氧化碳中的一种或几种气体的混合气体。
本发明还提供一种硅碳复合材料，其由上述的方法制备。
本发明还提供一种锂离子电池，其负极含有上述的硅碳复合材料。
优选的是，所述负极材料还包括石墨，所述硅碳复合材料与所述石墨的质量比为（1:15）～（1:2）。
超临界流体由于是处于临界温度和临界压力以上，介于气体和液体之间的流体，兼有气体液体的双重性质和优点：
（1）溶解性强，密度接近液体，且比气体大数百倍，由于物质的溶解度与溶剂的密度成正比，因此超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力。
（2）扩散性能好，因黏度接近于气体，较液体小2个数量级。扩散系数介于气体和液体之间，为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率远远高于液体。
（3）易于控制，在临界点附近，压力和温度的微小变化，都可以引起流体密度很大的变化，从而使溶解度发生较大的改变。
本发明中的硅碳复合材料的制备方法中，通过超临界流体将有机碳前驱体溶解，然后与硅基材料混合，再通过高压反应釜与泄压的密闭容器连通，相对于现有技术的有机碳前驱体与硅基材料的直接混合，超临界流体使得有机碳前驱体得到了充分分散，并使得有机碳前躯体与硅基材料混合得更加均匀，进入到泄压容器后，超临界二氧化碳挥发成气态后仍可继续重复利用，在有机碳前躯体和硅基材料的混合物中没有引入任何杂质，且不需要专门除去分散介质超临界流体；制备方法中，从高压反应釜到泄压的密闭容器中的压力变化会增加有机碳前驱体与硅基材料之间的结合力；制备方法很好的实现对与最终制得的硅碳复合材料的改性，进一步提高了锂离子电池的倍率性能。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为50nm的硅粉放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解乙基纤维素的二氧化碳超临界流体泵入到所述高压反应釜中，其中，乙基纤维素的质量占乙基纤维素与二氧化碳超临界流体总质量的1.7%。在50℃、8MPa的条件下，搅拌2小时，得到硅粉、乙基纤维素、二氧化碳超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与膨胀室（即泄压的密闭容器）连通，所述混合物进入到膨胀室中，得到乙基纤维素包覆硅粉的复合材料；
（3）将乙基纤维素包覆硅粉的复合材料在氩气气氛下，在350℃下，碳化12小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的60%。该步中乙基纤维素会碳化成碳。
将所得硅碳复合材料分别与导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按照质量比80∶10∶10混合，用NMP（1-甲基-2-吡咯烷酮）将此混合物调制成浆料，均匀涂覆在铜箔上，100℃真空干燥24小时，制得实验电池用极片。以锂片为对电极，电解液为1mol/L的LiPF6溶液，溶剂为EC（乙基碳酸酯）+DMC（二甲基碳酸酯）（体积比1∶1），隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成CR2025型扣式电池。
对该扣式电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为553mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为414mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
本实施例中的硅碳复合材料的制备方法中，通过超临界流体将有机碳前驱体溶解，然后与硅基材料混合，再通过高压反应釜与泄压的密闭容器连通，相对于现有技术的有机碳前驱体与硅基材料的直接混合，超临界流体使得有机碳前驱体得到了充分分散，并使得有机碳前躯体与硅基材料混合得更加均匀，进入到泄压容器后，超临界二氧化碳挥发成气态后仍可继续重复利用，在有机碳前躯体和硅基材料的混合物中没有引入任何杂质，且不需要专门除去分散介质超临界流体；制备方法中，从高压反应釜到泄压的密闭容器中的压力变化会增加有机碳前驱体与硅基材料之间的结合力；制备方法很好的实现对与最终制得的硅碳复合材料的改性，进一步提高了锂离子电池的倍率性能。
实施例2
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为20nm的一氧化硅放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解乙基纤维素、甲基纤维素的二氧化碳超临界流体泵入到所述高压反应釜中（其中，乙基纤维素与甲基纤维素的质量比为1:1），其中，乙基纤维素和甲基纤维素的质量和占乙基纤维素、甲基纤维素与二氧化碳超临界流体总质量的5%。在-10℃、6MPa的条件下，搅拌24小时，得到一氧化硅、乙基纤维素、甲基纤维素、二氧化碳超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与泄压的密闭容器连通，所述混合物进入到泄压的密闭容器中，得到乙基纤维素和甲基纤维素包覆一氧化硅的复合材料；
（3）将乙基纤维素和甲基纤维素包覆一氧化硅的复合材料在氢气气氛下，在500℃下，碳化24小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的50%。该步中一氧化硅会发生歧化反应生成硅和二氧化硅，同时乙基纤维素和甲基纤维素会碳化成碳。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为550mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为463mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
实施例3
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为100nm的硅粉和一氧化硅的混合物（其中，硅粉和一氧化硅的质量比为2:1）放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解聚乙烯醇的水超临界流体泵入到所述高压反应釜中，其中，聚乙烯醇的质量占聚乙烯醇与水超临界流体总质量的6%。在60℃、4MPa的条件下，搅拌10小时，得到硅粉、一氧化硅、聚乙烯醇、水超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与膨胀室连通，所述混合物进入到膨胀室中，得到聚乙烯醇包覆硅粉和一氧化硅混合物的复合材料；
（3）将聚乙烯醇包覆硅粉和一氧化硅混合物的复合材料在氮气气氛下，在600℃下，碳化1小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的70%。该步中一氧化硅会发生歧化反应生成硅和二氧化硅，同时聚乙烯醇会碳化成碳。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为572mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为451mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
实施例4
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为200nm的硅粉和二氧化硅的混合物放入到高压反应釜中（其中，硅粉和二氧化硅的质量比为1:2），该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解聚丙烯的甲醇超临界流体泵入到所述高压反应釜中，其中，聚丙烯的质量占聚丙烯与甲醇超临界流体总质量的0.01%。在100℃、2MPa的条件下，搅拌6小时，得到硅粉、二氧化硅、聚丙烯、甲醇超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与膨胀室连通，所述混合物进入到膨胀室中，得到聚丙烯包覆硅粉和二氧化硅混合物的复合材料；
（3）将聚丙烯包覆硅粉和二氧化硅混合物的复合材料在氩气气氛下，在850℃下，碳化10小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的90%。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为583mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为472mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
实施例5
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为150nm的硅粉、一氧化硅、二氧化硅的混合物放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解聚乙烯醇缩丁醛的二氧化碳超临界流体泵入到所述高压反应釜中，其中，聚乙烯醇缩丁醛的质量占聚乙烯醇缩丁醛与二氧化碳超临界流体总质量的10%。在80℃、1MPa的条件下，搅拌18小时，得到硅粉、一氧化硅、二氧化硅、聚乙烯醇缩丁醛、二氧化碳超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与膨胀室连通，所述混合物进入到膨胀室中，得到聚乙烯醇缩丁醛包覆硅粉、一氧化硅、二氧化硅混合物的复合材料；
（3）将聚乙烯醇缩丁醛包覆硅粉、一氧化硅、二氧化硅混合物的复合材料在氩气气氛下，在750℃下，碳化20小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的80%。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为542mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为453mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
实施例6
本实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将粒径为80nm的一氧化硅和二氧化硅的混合物放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解甲基纤维素的二氧化碳超临界流体泵入到所述高压反应釜中，其中，甲基纤维素的质量占甲基纤维素与二氧化碳超临界流体总质量的2%。在20℃、10MPa的条件下，搅拌1小时，得到一氧化硅、二氧化硅、甲基纤维素、二氧化碳超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与膨胀室连通，所述混合物进入到膨胀室中，得到甲基纤维素包覆一氧化硅和二氧化硅混合物的复合材料；
（3）将甲基纤维素包覆一氧化硅和二氧化硅混合物的复合材料在氮气气氛下，在700℃下，碳化18小时，得到硅碳复合材料，该硅碳复合材料中的硅的质量占硅碳复合材料质量的5%。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为571mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为435mAh/g，电池的倍率性能较好。
本实施例提供一种锂离子电池，其负极含有上述的制备方法所制备的硅碳复合材料。
实施例7
本实施例提供一种锂离子电池，其负极包括实施例1～6任一所述的硅碳复合材料，还包括石墨，且硅碳复合材料与石墨的质量比为1:15。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为542mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为453mAh/g，电池的倍率性能较好。
实施例8
本实施例提供一种锂离子电池，其负极包括实施例1～6任一所述的硅碳复合材料，还包括石墨，且硅碳复合材料与石墨的质量比为1:5。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为517mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为404mAh/g，电池的倍率性能较好。
实施例9
本实施例提供一种锂离子电池，其负极包括实施例1～6任一所述的硅碳复合材料，还包括石墨，且硅碳复合材料与石墨的质量比为1:2。
按照实施例1中制备扣式电池的方法，使用本实施例制得的硅碳复合材料作为负极材料制成扣式电池，并对该电池进行倍率性能测试：充放电截至电压为0.01～1.5V，充放电电流分别为0.2C、1C，每个倍率循环10次，其中，1C=700mA/g。倍率性能测试结果表明，充放电截至电压为0.01～1.5V，在0.2C的条件下，电池的放电比容量为498mAh/g；在1C的条件下，电池的放电比容量为426mAh/g，电池的倍率性能较好。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硅基材料放入到高压反应釜中，该高压反应釜内为高压环境，然后用高压泵将溶解了有机碳前躯体的超临界流体泵入到所述高压反应釜中，得到所述硅基材料、所述有机碳前躯体、所述超临界流体的混合物；
（2）再将所述高压反应釜与泄压的密闭容器连通，所述混合物进入到所述泄压的密闭容器中，得到所述有机碳前躯体包覆所述硅基材料的复合材料；
（3）将所述有机碳前躯体包覆所述硅基材料的复合材料在非氧化气氛下高温碳化，得到硅碳复合材料。
2.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述有机碳前躯体的质量占所述有机碳前躯体与所述超临界流体总质量的0.01～10%。
3.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅基材料的粒径为20～200nm。
4.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述高压反应釜内的温度为-10～100℃，压力为1～10MPa。
5.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的所述硅基材料为硅，一氧化硅，硅和一氧化硅的混合物，硅、一氧化硅和二氧化硅的混合物，硅和二氧化硅的混合物，一氧化硅和二氧化硅的混合物中的一种；
有机碳前躯体为甲基纤维素、乙基纤维素、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；
所述超临界流体为超临界二氧化碳、超临界水、超临界甲醇中的一种。
6.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的所述高温碳化的温度为350～850℃，碳化的时间为1～24小时。
7.根据权利要求1所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中得到的所述硅碳复合材料中的所述硅的质量占所述硅碳复合材料质量的50～90%。
8.一种硅碳复合材料，其特征在于，其由权利要求1～7任意一项所述的方法制备。
9.一种锂离子电池，其特征在于，其负极含有权利要求8所述的硅碳复合材料。
10.根据权利要求9所述锂离子电池，其特征在于，所述负极材料还包括石墨，所述硅碳复合材料与所述石墨的质量比为（1:15）～（1:2）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410008625.2A CN104766958A (zh) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410008625.2A CN104766958A (zh) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104766958A true CN104766958A (zh) | 2015-07-08 |
Family
ID=53648675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410008625.2A Pending CN104766958A (zh) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104766958A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107611393A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 郭家林 | 一种硫烯/三维多孔碳复合材料的制备方法 |
| CN108288705A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-17 | 深圳市普锐能源科技有限公司 | 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN110474040A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-19 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种负极材料、及其制备方法和用途 |
| CN116425151A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-07-14 | 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 | 一种石墨负极材料及制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1933906A (zh) * | 2004-03-16 | 2007-03-21 | 哥伦比亚化学公司 | 用超临界流体将分散的金属颗粒沉积在基质上的方法 |
| CN101388454A (zh) * | 2008-10-23 | 2009-03-18 | 天津斯特兰能源科技有限公司 | 利用超临界流体制备锂离子电池的碳包覆磷酸盐正极材料的方法 |
| CN102509781A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-06-20 | 上海交通大学 | 硅碳复合负极材料及其制备方法 |
| CN103236525A (zh) * | 2013-05-06 | 2013-08-07 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 |
-
2014
- 2014-01-08 CN CN201410008625.2A patent/CN104766958A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1933906A (zh) * | 2004-03-16 | 2007-03-21 | 哥伦比亚化学公司 | 用超临界流体将分散的金属颗粒沉积在基质上的方法 |
| CN101388454A (zh) * | 2008-10-23 | 2009-03-18 | 天津斯特兰能源科技有限公司 | 利用超临界流体制备锂离子电池的碳包覆磷酸盐正极材料的方法 |
| CN102509781A (zh) * | 2011-10-27 | 2012-06-20 | 上海交通大学 | 硅碳复合负极材料及其制备方法 |
| CN103236525A (zh) * | 2013-05-06 | 2013-08-07 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107611393A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 郭家林 | 一种硫烯/三维多孔碳复合材料的制备方法 |
| CN107611393B (zh) * | 2017-09-08 | 2022-07-22 | 商洛学院 | 一种硫烯/三维多孔碳复合材料的制备方法 |
| CN108288705A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-17 | 深圳市普锐能源科技有限公司 | 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN108288705B (zh) * | 2018-02-06 | 2020-08-18 | 深圳市普锐能源科技有限公司 | 一种锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法 |
| CN110474040A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-19 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种负极材料、及其制备方法和用途 |
| CN116425151A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-07-14 | 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司 | 一种石墨负极材料及制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104466135B (zh) | 一种导电聚合物包覆镍钴锰酸锂正极材料的方法 | |
| CN104157920B (zh) | 一种用于高能量密度锂离子电池的化成方法 | |
| CN103337631B (zh) | 提高钛酸锂高倍率放电性能并抑制产气的碳氮共包覆方法 | |
| CN104157863A (zh) | 一种微膨胀石墨负极材料的制备方法 | |
| CN104638252A (zh) | 一种硅复合负极材料、制备方法及锂离子电池 | |
| CN111354939B (zh) | 一种多孔硅复合材料及其制备方法和用途 | |
| CN105870427B (zh) | 一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池 | |
| CN104157465A (zh) | 一种锂离子电容器 | |
| CN103594735B (zh) | 一种钛酸锂锂离子电池的制备方法 | |
| CN102351163B (zh) | 一种锂离子电池纳米炭微球负极材料及其制备方法 | |
| CN101609884A (zh) | 一种锂离子电池负极材料SnS2的制备方法 | |
| CN103456926A (zh) | 硅-石墨烯复合材料、锂离子电池的制备方法 | |
| CN104810557A (zh) | 一种锂离子电池的制备方法 | |
| CN102280638A (zh) | 一种植物蛋白碳包覆纳米磷酸铁锂正极材料及其该材料的制备方法 | |
| CN104140098A (zh) | 一种微膨胀石墨材料的应用 | |
| CN104659333A (zh) | 锂离子二次电池Mg2Si/SiOx/C复合负极材料膜电极的制备方法 | |
| CN104966814A (zh) | 一种高安全性的金属锂负极及其制备方法 | |
| CN104681796A (zh) | 一种超临界二氧化碳制备硫-碳复合材料的方法 | |
| CN104766958A (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN103594708A (zh) | 一种变价铁基复合正极材料及其制备方法 | |
| CN104638230A (zh) | 一种超临界二氧化碳制备硒-碳复合材料的方法 | |
| CN110504436B (zh) | 一种快充石墨复合材料的制备方法 | |
| CN115566170A (zh) | 一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法 | |
| CN103560280B (zh) | 锂离子电池的化成方法 | |
| CN102299367B (zh) | 一种钛酸锂与镍钴锰酸锂体系锂离子电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150708 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |