一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109524643A(43)申请公布日2019.03.26(21)申请号201811293085.1(22)申请日2018.11.01(71)申请人贵州梅岭电源有限公司地址563000贵州省遵义市汇川区中华路705号(72)发明人廖敏会(74)专利代理机构中国航天科工集团公司专利中心11024代理人葛鹏(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法及其应用(57)摘要本公开涉及一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法及其应用，所述方法包括喷雾干燥法，所述喷雾干燥法先将纳米硅粉分散在有机碳源溶液中，形成悬浮液，所述悬浮液采用喷雾干燥法制备成硅@有机碳源(Si@有机碳源)核壳结构材料，所述Si@有机碳源材料经超声分散到GO/CNT分散液中，制得多层碳壳核壳结构硅基负极材料的前驱体，所述前驱体经过高温热处理。本发明的优点是：可以形成结构完整、稳定的Si/有机碳源核壳结构微球，具有比能量高，循环稳定性好，制备简单的特点，能够极大的提高锂离子电池的循环稳定性、高容量及高功率性能。CN109524643ACN109524643A权利要求书1/1页1.一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括喷雾干燥法，所述喷雾干燥法先将纳米硅粉分散在有机碳源溶液中，形成悬浮液，所述悬浮液采用喷雾干燥法制备成Si@有机碳源核壳结构材料，所述Si@有机碳源材料经超声分散到氧化石墨烯/碳纳米管分散液中，制得多层碳壳核壳结构硅基负极材料的前驱体，所述前驱体经过高温热处理，即得到所述Si@C/rGO/CNT多层碳壳核壳结构硅基负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机碳源溶液的浓度为30～65mg/mL，有机碳源溶液中有机碳源与硅纳米颗粒的质量比为1：0.3～1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述纳米硅颗粒粒径为20nm～150nm；所述的碳纳米管的直径为7nm～15nm，长度为7～20um。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机碳源为蔗糖、葡萄糖、聚乙烯醇、多巴胺、聚苯胺等中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述分散方式为球磨分散，转率为：1800～3000r/min，球磨分散时间为10～60min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述喷雾干燥法的温度为160～210℃。7.根据权利要求7的制备方法，其特征在于：所述GO和CNT分散混合液浓度为10～20mg/mL，其中GO和CNT的重量比为1～8:1；所述GO/CNT分散液的超声分散时间为15～45min。8.根据权利要求8的制备方法，其特征在于：所述多层碳壳核壳结构硅基负极材料的前驱体浆料中Si@有机碳微球：氧化石墨烯/碳纳米管的重量比为15～20：2～8，超声分散时间为30～60min。9.根据权利要求9的制备方法，其特征在于：所述热处理方式的升温速率为5～10℃min-1，温度范围为800～1100℃，处理时间为在800～1100℃恒温2～6h；惰性气体为氮气、氩气、氖气、氙气等中的一种或几种混合气。10.根据权利要求1～9任一项所述制备方法在制备锂离子电池中的应用。2CN109524643A说明书1/5页一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法及其应用技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种多层碳壳核壳结构硅基负极材料的制备方法及其应用。背景技术[0002]锂离子电池的研究始于20世纪70年代，因其具有能量密度大、平均输出电压高、自放电低、无记忆效应、使用寿命长等优点广泛应用于各种便携式设备、电动汽车、航天航空、医学、储能系统等领域。锂离子电池负极是决定电池容量的关键因素之一，目前作为商业化锂离子电池负极的石墨材料由于容量较低(理论容量仅为372mAh·g-1，且实际容量已接近理论容量)，已经无法在提高电池高容量、高功率性能上取得突破性进展。因此，新型高容量的锂离子电池负极材料的开发极具迫切性。[0003]由于硅(Si)具有低的脱/嵌锂电压平台(～0.5VvsLi/Li+)，Si负极表现出4200mAhg-1的最高比容量。另外，Si具有与电解液反应活性低，在地壳中储量丰富、价格低廉等优点。因此，研究应用硅基材料取代碳素材料作锂离子电池负极得到了学术界和产业界的一致认可。但是，硅在锂合金化过程中的体积膨胀效应也尤为严重。根据合金化反应机理，随着电化学锂化反应的不断发生，晶体Si中的Si-S