本發明屬于電池材料,具體是指一種鋰離子電池硅碳負極材料及其制備方法。
背景技術:
1、鋰離子電池因具有輸出電壓高、循環壽命長、無記憶效應等優點被廣泛應用于便攜式器件、光伏儲能以及新能源汽車等諸多領域。然而,隨著人們對長續航里程應用需求的不斷提高,提升電池體系能量密度的任務迫在眉睫。而在眾多改善能量密度的措施中,提高材料的比容量是提升能量密度重要的途徑之一。
2、對于負極材料而言,硅負極因具有儲量豐富、環境友好、理論比容量高(4200mahg-1)等優點,被認為是實現高能量密度電池體系的理想選擇。然而,由于si基負極在充放電循環過程中巨大的體積變化,易導致電極材料的結構粉化,破壞電池的循環穩定性,成為限制si基負極規模化應用的“瓶頸”。
技術實現思路
1、針對上述情況,為克服現有技術的缺陷,本發明提供了一種鋰離子電池硅碳負極材料,所述硅碳負極材料外形為“三明治”結構,利用導電性好、比表面積小的石墨替代多孔碳,通過機械模壓與濕法相結合的工藝制備而得;所述硅碳負極材料上應用有一種新型預鋰化試劑li-芳烴復合物li-otp-mthf,該新型預鋰化試劑由鄰三聯苯與過量的金屬li在2-甲基四氫呋喃溶劑中反應而得。
2、優選地,所述新型預鋰化試劑包括如下制備步驟:
3、s1、準備制備新型預鋰化試劑所需原料,制備新型預鋰化試劑所需原料包含有鄰三聯苯、2-甲基四氫呋喃以及金屬li;
4、s2、將鄰三聯苯溶解在2-甲基四氫呋喃中制成濃度為1mol/l的多環芳烴-2-甲基四氫呋喃溶液;
5、s3、將步驟s2中的多環芳烴-2-甲基四氫呋喃溶液加入金屬li反應直至溶液變為深藍綠色,得到1mol/l的li-鄰三聯苯-2-甲基四氫呋喃溶液,即本發明新型預鋰化試劑li-芳烴復合物li-otp-mthf。
6、此外,本發明還提供了一種鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法,包括如下制備步驟:
7、ⅰ、準備制備硅碳負極材料所需原料,制備硅碳負極材料所需原料包含有無水乙醇、納米硅、人造石墨以及高軟化點瀝青粉;
8、ⅱ、在三口瓶中通入惰性氣體n2,并將100ml無水乙醇、5g納米硅和75g人造石墨依次混合在三口燒瓶中;
9、ⅲ、將步驟ⅱ中的三口燒瓶在超聲輔助下攪拌2h,之后加入25g高軟化點瀝青粉,在60℃下反應2h后繼續加熱直至混合物完全干燥;
10、ⅳ、將步驟ⅲ中的混合物放入成型磨具中,在15mpa壓力下進行模壓成型,得到成型固體;
11、ⅴ、將步驟ⅳ中的成型固體置于充滿n2的管式爐中,850℃下煅燒2h,最后將成型固體冷卻至室溫,粉碎、過篩,得到sinps@graphene@c硅碳復合材料;
12、ⅵ、將步驟ⅴ中的sinps@graphene@c硅碳復合材料浸泡到步驟s3中的新型預鋰化試劑中,浸泡30min后,用電解液洗滌電極表面的殘留試劑并烘干,得到本發明硅碳負極材料pre-sinps@graphene@c。
13、本發明取得的有益效果如下:
14、本發明在傳統制備工藝的基礎上,創新性地引入機械模壓技術,實現一次顆粒復合和二次顆粒的再造,提高了復合顆粒的結合強度。通過該工藝有效提高了材料的循環穩定性。該方法制備成本低,工藝簡單,適于大規模生產。
15、本發明利用導電性好、比表面積小的石墨替代多孔碳,通過機械模壓與濕法相結合的工藝制備了具有“三明治”夾心結構的納米硅/石墨/碳復合負極材料sinps@graphene@c,形成具有雙重緩沖膨脹應力的鑲嵌結構。“三明治”夾心結構可以促進穩定sei膜的形成,保持電極材料的結構完整性,提高導電性的同時并提高sinps@graphene@c硅碳復合材料的整體性能,具體表現為:sinps@graphene@c硅碳復合材料經200次循環后穩定性仍然良好,其充電比容量為692.8mah?g-1,其容量保持率為83.6%。
16、本發明采用鄰三聯苯與過量的金屬li在2-甲基四氫呋喃溶劑中反應,得到一種新型預鋰化試劑。使用該試劑將sinps@graphene@c硅碳復合材料預鋰化后得到的本發明pre-sinps@graphene@c的硅碳復合材料其ice(初始庫倫效率)相較于預鋰化前從65.7%提高到86.5%,進而實現sinps@graphene@c硅碳負極材料ice的改善,并能在電極表面形成均一、穩定的sei膜,有效提高si基電池的循環性能。
1.一種鋰離子電池硅碳負極材料,其特征在于:
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池硅碳負極材料,其特征在于,所述新型預鋰化試劑包括如下制備步驟:
3.一種如權利要求1或權利要求2所述的鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法,其特征在于,包括如下制備步驟: