CN102983314A

CN102983314A - 一种包覆型Si基复合材料

Info

Publication number: CN102983314A
Application number: CN2012105360682A
Authority: CN
Inventors: 卢志威; 任丽彬; 彭庆文; 许寒
Original assignee: CETC 18 Research Institute
Current assignee: CETC 18 Research Institute
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明涉及一种包覆型Si基复合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驱体，其特点是：所述Si基材料表面包覆的材料中还有作为添加剂的铝盐。本发明Si基材料表面不仅包覆了碳材料、碳的前驱体，还在包覆材料中添加了易分解为氧化铝的有机酸或无机酸铝盐作为添加剂，在电化学容量高、循环性能好的基础上，降低了Si基材料的不可逆容量，大幅降低了材料的成本。

Description

一种包覆型Si基复合材料

技术领域

本发明属于锂电池负极材料技术领域，特别是涉及一种包覆型Si基复合材料。

背景技术

自上世纪九十年代，Sony公司使用片层石墨代替安全性极差的金属Li，制备成功第一种可充的锂离子二次电池以来，锂离子电池因其高比能量，无污染，应用范围得到了飞速发展，已从移动通讯电源、笔记本电脑、摄像机等扩大到电动工具、电动汽车等领域。而现有的碳负极的电化学容量偏低，不能满足科技发展的对便携二次电池性能的进一步要求。Si材料由于其电化学可逆容量高，安全性好，资源丰富等优势，已成为锂离子二次电池负极材料的首选材料。作为锂离子电池的Si基材料具有极高的理论电化学容量。但Si基材料在电化学嵌锂过程中的体积变化过大，首次充放电效率较低，严重阻碍该电极材料的实际应用。

为了提高Si材料的电化学容量高和循环性能，人们采用多种方法，如通过磁控溅射，化学气相沉积，热蒸发等方法制备Si纳米薄膜，Si纳米颗粒，Si纳米线等，但是上述方法提高了电池的成本，并且不可逆容量高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供成本低、不可逆容量低，并且电化学容量高和循环性能好的一种包覆型Si基复合材料。

本发明采取的技术方案是：

一种包覆型Si基复合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驱体，其特点是：所述Si基材料表面包覆的材料中还有作为添加剂的铝盐。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述Si基材料、碳材料、碳的前驱体和铝盐的质量比为5-10:5-10:15-30:1-4。

所述铝盐包括磷酸盐、硝酸盐、草酸盐、硫酸盐、醋酸盐的一种或一种以上的混合物。

所述醋酸盐包括一醋酸铝、二醋酸铝和三醋酸铝或者含结晶水盐之一种或一种以上的混合物。

所述Si基材料为多晶Si、单晶Si或其混合物；所述碳材料为人造石墨、天然石墨、碳纤维、硬碳、无定型碳中的一种；所述碳的前驱体为沥青材料或含碳有机物。

所述沥青材料为高软化点沥青、中软化点沥青、低软化点沥青中的一种。

所述含碳有机物为单糖、双糖、多糖中的一种。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明Si基材料表面不仅包覆了碳材料、碳的前驱体，还在包覆材料中添加了易分解为氧化铝的有机酸或无机酸铝盐作为添加剂，在电化学容量高、循环性能好的基础上，降低了Si基材料的不可逆容量，大幅降低了材料的成本。

附图说明

图1是本发明实施例1材料的首周电化学循环过程曲线图；

图2是本发明实施例1材料的电化学循环过程曲线图；

图3是本发明实施例2材料的电化学循环过程曲线图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种包覆型Si基复合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驱体。

本发明的创新点是：所述Si基材料表面包覆的材料中还有作为添加剂的铝盐；所述Si基材料、碳材料、碳的前驱体和铝盐的质量比为5-10:5-10:15-30:1-4；所述铝盐包括磷酸盐、硝酸盐、草酸盐、硫酸盐、醋酸盐的一种或一种以上的混合物；所述醋酸盐包括一醋酸铝、二醋酸铝和三醋酸铝或者含结晶水盐之一种或一种以上的混合物；所述Si基材料为多晶Si、单晶Si或其混合物；所述碳材料为人造石墨、天然石墨、碳纤维、硬碳、无定型碳中的一种；所述碳的前驱体为沥青材料或含碳有机物；所述沥青材料为高软化点沥青、中软化点沥青、低软化点沥青中的一种；所述含碳有机物为单糖、双糖、多糖中的一种。

本发明包覆型Si基复合材料的制作过程：

⑴将10g多晶Si，10g石墨，30g煤沥青和2.5g二醋酸铝混合，在100ml乙醇溶液球磨30小时，加热抽离乙醇溶液，得到均匀的前驱体；

⑵将所得的前驱体置于高温炉中，氩气气氛下5℃/min升温到900℃，高温烧结5h，自然降温冷却后制得包覆型Si基复合材料。经试验得到图1中首周电化学循环过程曲线图和图2中的电化学循环过程曲线图，其中“□”代表充电容量,“■”代表放电容量；本实施例包覆型Si基复合材料首周效率78.6%，振实密度超过1.0g/ml。

本发明包覆型Si基复合材料的另一制作过程：

⑴将10g多晶Si，10g石墨，40g煤沥青和4g二醋酸铝混合，在100ml乙醇溶液球磨30小时，加热抽离乙醇溶液，得到均匀的前驱体；

⑵将所得的前驱体置于高温炉中，氩气气氛下5℃/min升温到900℃，高温烧结5h，自然降温冷却后制得包覆型Si复合材料。经试验得到图3中的电化学循环过程曲线图，其中“□”代表充电容量,“■”代表放电容量；本实施例包覆型Si基复合材料首周效率74.7%，振实密度超过1.0g/ml。

通过试验得知，本发明包覆型Si基复合材料在大幅降低成本的基础上，还降低了Si基材料不可逆容量，并且还具有电化学容量高、循环性能好、加工性能好等特点。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种包覆型Si基复合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驱体，其特征在于：所述Si基材料表面包覆的材料中还有作为添加剂的铝盐。

2.根据权利要求1所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述Si基材料、碳材料、碳的前驱体和铝盐的质量比为5-10:5-10:15-30:1-4。

3.根据权利要求1或2所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述铝盐包括磷酸盐、硝酸盐、草酸盐、硫酸盐、醋酸盐的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述醋酸盐包括一醋酸铝、二醋酸铝和三醋酸铝或者含结晶水盐之一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述Si基材料为多晶Si、单晶Si或其混合物；所述碳材料为人造石墨、天然石墨、碳纤维、硬碳、无定型碳中的一种；所述碳的前驱体为沥青材料或含碳有机物。

6.根据权利要求5所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述沥青材料为高软化点沥青、中软化点沥青、低软化点沥青中的一种。

7.根据权利要求5所述的一种包覆型Si基复合材料，其特征在于：所述含碳有机物为单糖、双糖、多糖中的一种。