本發(fā)明屬于納米材料應(yīng)用，尤其涉及一種硅碳復(fù)合納米材料及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，鋰離子電池作為一種重要的能源存儲(chǔ)技術(shù)，在電動(dòng)汽車(chē)、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，提高鋰離子電池的性能，如能量密度、比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

2、硅因其高理論容量成為理想的負(fù)極材料，但其在充放電過(guò)程中容易膨脹和破裂，影響電池壽命，為解決這一問(wèn)題，硅碳復(fù)合材料作為一種創(chuàng)新的解決方案，展示了優(yōu)越的性能。通過(guò)引入碳源和造孔劑，結(jié)合濕法機(jī)械球磨和熱處理工藝，制備的硅碳復(fù)合納米材料能夠顯著提高鋰離子電池的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性，此類(lèi)材料不僅具有較大的比表面積和優(yōu)良的多孔結(jié)構(gòu)，還能有效緩解硅的體積膨脹問(wèn)題，從而提升了電池的整體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決現(xiàn)有鋰離子電池負(fù)極材料，在充放電過(guò)程中容易膨脹和破裂，影響電池壽命的問(wèn)題而提供的一種硅碳復(fù)合納米材料及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種硅碳復(fù)合納米材料，所述硅碳復(fù)合納米材料由硅納米顆粒、碳源以及造孔劑構(gòu)成，并通過(guò)濕法機(jī)械球磨混合后經(jīng)過(guò)熱處理制成；

3、所述硅納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為20%至80%；

4、所述碳源為選自葡萄糖、蔗糖中的一種或多種；

5、所述造孔劑為碳酸胍，其體積分?jǐn)?shù)為1%至10%；

6、所述熱處理在氮?dú)狻鍤饣驓錃庵羞M(jìn)行，溫度范圍為600°c至1200°c。

7、進(jìn)一步的，所述硅碳復(fù)合納米材料具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑范圍為2nm至50nm，孔隙率為30%至70%。

8、進(jìn)一步的，所述濕法機(jī)械球磨的時(shí)間為1小時(shí)至10小時(shí)，熱處理采用氮?dú)饣驓鍤鈺r(shí)，溫度范圍為800°c至1000°c。

9、一種硅碳復(fù)合納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，所述鋰離子電池負(fù)極采用所述硅碳復(fù)合納米材料，所述鋰離子電池正極采用電解液和隔膜。

10、進(jìn)一步的，所述負(fù)極的所述硅碳復(fù)合納米材料的比容量在1?a/g電流密度下高于750?mah/g，經(jīng)過(guò)500次充放電循環(huán)后容量保持率高于85%。

11、進(jìn)一步的，所述鋰離子電池的電解液為1?m的鋰鹽溶解在碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的混合溶劑中構(gòu)成。

12、進(jìn)一步的，所述隔膜由聚烯烴材料制成，并且具有以下特征：

13、a.?所述隔膜的厚度范圍為10?μm至30?μm；

14、b.?所述隔膜的孔徑分布在0.5?μm至2?μm之間；

15、c.?所述隔膜具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，其斷裂強(qiáng)度不低于5?mpa。

16、有益效果：本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)，并具有以下優(yōu)點(diǎn)：

17、1、采用低成本、高產(chǎn)率的球磨技術(shù)并結(jié)合后期熱處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅碳復(fù)合材料在形貌、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面的可控構(gòu)建，有利于改變其作為鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能；

18、2、通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，可利用不同尺寸的硅納米顆粒，研究硅碳負(fù)極材料尺寸對(duì)電池性能的影響，調(diào)整不同的鋰離子電池需求；

19、3、在制備的硅碳復(fù)合材料中，碳包覆可以有效緩解硅的體積膨脹效應(yīng)，提高電極材料的循環(huán)壽命，碳材料構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以將電子迅速的傳導(dǎo)給硅納米顆粒，提高硅納米顆粒的電接觸性，內(nèi)部形成的多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建了有利于鋰離子傳輸?shù)耐ǖ?，可以提高電極材料的快速充放電性能。

技術(shù)特征：

1.一種硅碳復(fù)合納米材料，其特征在于：所述硅碳復(fù)合納米材料由硅納米顆粒、碳源以及造孔劑構(gòu)成，并通過(guò)濕法機(jī)械球磨混合后經(jīng)過(guò)熱處理制成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅碳復(fù)合納米材料，其特征在于：所述硅碳復(fù)合納米材料具有多孔結(jié)構(gòu)，孔徑范圍為2nm至50nm，孔隙率為30%至70%。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種硅碳復(fù)合納米材料，其特征在于：所述濕法機(jī)械球磨的時(shí)間為1小時(shí)至10小時(shí)，熱處理采用氮?dú)饣驓鍤鈺r(shí)，溫度范圍為800°c至1000°c。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種硅碳復(fù)合納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于：所述鋰離子電池負(fù)極采用所述硅碳復(fù)合納米材料，所述鋰離子電池正極采用電解液和隔膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種硅碳復(fù)合納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于：所述負(fù)極的所述硅碳復(fù)合納米材料的比容量在1?a/g電流密度下高于750?mah/g，經(jīng)過(guò)500次充放電循環(huán)后容量保持率高于85%。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硅碳復(fù)合納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于：所述鋰離子電池的電解液為1?m的鋰鹽溶解在碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的混合溶劑中構(gòu)成。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種硅碳復(fù)合納米材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，其特征在于：所述隔膜由聚烯烴材料制成，并且具有以下特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種硅碳復(fù)合納米材料及其在鋰離子電池中的應(yīng)用，該硅碳復(fù)合納米材料由硅納米顆粒、碳源和造孔劑組成，通過(guò)濕法機(jī)械球磨混合后形成多孔結(jié)構(gòu)材料，在鋰離子電池應(yīng)用中，此材料作為負(fù)極材料，表現(xiàn)出在1?A/g電流密度下比容量超過(guò)750?mAh/g，并在500次充放電循環(huán)后保持容量高于85%；本發(fā)明通過(guò)該材料在鋰離子電池中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大容量、大電流和循環(huán)穩(wěn)定性的最佳協(xié)同，進(jìn)一步優(yōu)化鋰離子電池的性能。

技術(shù)研發(fā)人員：馬榕彬,徐曉媛,林凱,段傳虎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇鐳納新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2