一种新型硅碳复合负极材料制备方法

技术领域

本发明专利涉及材料领域，更具体地说，涉及一种新型硅碳复合负极材料制备方法。

背景技术

目前硅碳材料常采用沥青、树脂、葡萄糖等有机高分子作为碳源高温热解方式，来得到核壳结构的硅碳复合材料，循环性能能得到改善，但是效果不是特别明显，电池的容量依旧会随着循环增加呈明显衰减趋势。

本发明专利针对现有技术的上述缺陷，提供一种新型硅碳复合负极材料制备方法。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种新型硅碳复合负极材料制备方法。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该复合负极材料制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米硅微粉分散在含有分散剂的溶液中；

(2)向步骤(1)得到的该溶液中加入金属盐混合均匀；

(3)取有机配体2-甲基咪唑、乙二胺四乙酸，氨羧配体、乙二胺、甘氨酸、乳酸、苯氧根离子中的一种溶于与步骤(1)中相同体积的溶剂中，溶解完全后再加入到步骤(2)得到的该溶液中反应，反应后离心干燥形成MOF包覆该纳米硅微粉前驱体材料；

(4)在该MOF包覆纳该米硅微粉前驱体材料中加入还原金属，然后在惰性气体中进行热还原，同时进行了碳化处理；

(5)将步骤(4)反应后的物料经过酸洗、干燥即得到新型硅碳复合负极材料，其为氮掺杂的碳包覆多孔硅复合材料。

用户在使用本发明专利的新型硅碳复合负极材料制备方法时，MOF材料具有高导电性碳，通过金属的热还原反应，在经过酸腐蚀去掉未反应的金属及纳米硅微粉制备出具有氮掺杂的碳包覆多孔硅复合负极材料，MOF为碳源的碳材料具有较高的氮掺杂比例，使其具有很高的导电性，同时合适的比表面能够使硅碳材料电解液接触充分，而硅的多孔结构与碳层能够有效缓解硅的体积膨胀效应，从而保证了材料具有稳定的循环性能、良好的首效和高容量。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(1)中使用的该纳米硅微粉的平均粒度D50为0.01-10微米，所使用的该分散剂为己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、聚乙二醇、羟甲基纤维素(CMC)、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)、焦磷酸钠、六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠中的一种，所用该溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、N,N-2- 甲基甲酰胺中的一种或几种。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(1)中所使用的该纳米硅微粉和该分散剂的质量比为1:1-8，所使用该溶剂的体积为 100-200mL。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(2)中形成该MOF所使用的金属盐为Pb(NO3)2、Ni(NO3)2、BiO(NO3)2、Co(NO3)2、 Zn(NO3)2、Bi(NO3)2、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2溶液中的一种或几种，所使用该金属盐与该纳米硅微粉的质量比为0.5-10:1。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(3)中该有机配体2-甲基咪唑、乙二胺四乙酸，氨羧配体、乙二胺、甘氨酸、乳酸、苯氧根离子与该金属盐的质量比为1-10:1。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(4)中所使用该还原金属与该MOF包覆该纳米硅微粉前驱体材料的质量比为1-12:1。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(4)中所使用的该还原金属为K粉、Ca粉、Na粉、Mg粉、Al粉、Zn粉、Fe粉、Sn 粉、Pb粉或Cu粉中的一种。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(4)中该惰性气体为氮气、氩气、氦气、氪气或氙气中的一种，升温速率为2-20℃/min，碳化温度为400-1000℃，保温时间为3-12h。

在本发明专利所述的新型硅碳复合负极材料制备方法中，该步骤(5)中酸洗所使用该酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、溴化氢、氢氟酸中的一种或几种。

实施本发明专利的新型硅碳复合负极材料制备方法，具有以下有益效果：用户在使用本发明专利的新型硅碳复合负极材料制备方法时，MOF材料具有高导电性碳，通过金属的热还原反应，在经过酸腐蚀去掉未反应的金属及纳米硅微粉制备出具有氮掺杂的碳包覆多孔硅复合负极材料，MOF为碳源的碳材料具有较高的氮掺杂比例，使其具有很高的导电性，同时合适的比表面能够使硅碳材料电解液接触充分，而硅的多孔结构与碳层能够有效缓解硅的体积膨胀效应，从而保证了材料具有稳定的循环性能、良好的首效和高容量。

具体实施方式

为使本发明专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明专利实施方式作进一步地详细描述。

在本发明专利的新型硅碳复合负极材料制备方法第一实施例中，该复合负极材料制备方法包括以下步骤：

(1)将纳米硅微粉分散在含有分散剂的溶液中；

(2)向步骤(1)得到的该溶液中加入金属盐混合均匀；

(3)取有机配体2-甲基咪唑、乙二胺四乙酸，氨羧配体、乙二胺、甘氨酸、乳酸、苯氧根离子中的一种溶于与步骤(1)中相同体积的溶剂中，溶解完全后再加入到步骤(2)得到的该溶液中反应，反应后离心干燥形成MOF包覆该纳米硅微粉前驱体材料；

(4)在该MOF包覆纳该米硅微粉前驱体材料中加入还原金属，然后在惰性气体中进行热还原，同时进行了碳化处理；

(5)将步骤(4)反应后的物料经过酸洗、干燥即得到新型硅碳复合负极材料，其为氮掺杂的碳包覆多孔硅复合材料。

进一步的，该步骤(1)中使用的该纳米硅微粉的平均粒度D50为0.01-10 微米，所使用的该分散剂为己烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、聚乙二醇、羟甲基纤维素(CMC)、溴化十六烷基三甲基铵(CTAB)、焦磷酸钠、六偏磷酸钠或聚丙烯酸钠中的一种，所用该溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、乙醚、N,N-2-甲基甲酰胺中的一种或几种。

进一步的，该步骤(1)中所使用的该纳米硅微粉和该分散剂的质量比为 1:1-8，所使用该溶剂的体积为100-200mL。

进一步的，该步骤(2)中形成该MOF所使用的金属盐为Pb(NO3)2、 Ni(NO3)2、BiO(NO3)2、Co(NO3)2、Zn(NO3)2、Bi(NO3)2、Cu(NO3)2、Fe(NO3)2 溶液中的一种或几种，所使用该金属盐与该纳米硅微粉的质量比为0.5-10:1。

进一步的，该步骤(3)中该有机配体2-甲基咪唑、乙二胺四乙酸，氨羧配体、乙二胺、甘氨酸、乳酸、苯氧根离子与该金属盐的质量比为1-10:1。

进一步的，该步骤(4)中所使用该还原金属与该MOF包覆该纳米硅微粉前驱体材料的质量比为1-12:1。

进一步的，该步骤(4)中所使用的该还原金属为K粉、Ca粉、Na粉、Mg 粉、Al粉、Zn粉、Fe粉、Sn粉、Pb粉或Cu粉中的一种。

进一步的，该步骤(4)中该惰性气体为氮气、氩气、氦气、氪气或氙气中的一种，升温速率为2-20℃/min，碳化温度为400-1000℃，保温时间为 3-12h。

进一步的，该步骤(5)中酸洗所使用该酸溶液为盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、溴化氢、氢氟酸中的一种或几种。

以上所述仅为本发明专利的实施例，并非因此限制本发明专利的专利范围，凡是利用本发明专利说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明专利的专利保护范围内。