The invention relates to a method for preparing carbon coated silicon quantum dots composite anode materials for lithium ion batteries, the method will be a silica solid under the protection of inert gas gasification, through the reductive gas, condensate, silicon quantum dots; silicon quantum dots dispersed in aqueous solution of cationic surfactant in the ultrasonic treatment, solid-liquid separation, surface modification of silicon quantum dots; silicon quantum dots surface modification of the carbon source and mixed with water, hydrothermal reaction, solid-liquid separation, carbonization of the solid under the protection of inert gas, carbon coated silicon quantum dot composites. The negative electrode material prepared by the preparation method has large specific capacity, and can effectively improve the cyclic stability of the silicon based lithium ion battery. The utility model has the advantages of simple process, low cost and industrial production.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法
本專(zhuān)利技術(shù)屬于鋰離子電池
，具體涉及一種碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
技術(shù)介紹
作為一種重要的化學(xué)電源，鋰離子電池由于具有長(zhǎng)循環(huán)壽命、高能量密度、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品中并將逐步應(yīng)用到電動(dòng)汽車(chē)、潛艇、航空、航天等動(dòng)力領(lǐng)域，且會(huì)進(jìn)一步取代目前對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的鉛酸電池和鎘鎳電池。目前，已經(jīng)投入生產(chǎn)使用的鋰離子電池負(fù)極材料主要是碳材料，其理論比容量較低，約為372mA·h·g-1，不能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)日益增長(zhǎng)的能源需求，尤其是對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)和網(wǎng)格儲(chǔ)能的間歇性電源。硅的理論比容量為4200mA·h·g-1，是石墨理論比容量的10倍還多，是作為鋰離子電池負(fù)極材料最有前景的材料之一。此外，硅在地殼中含量豐富，且脫嵌鋰電壓低，對(duì)環(huán)境友好。但是硅基材料在鋰離子嵌入和脫出的過(guò)程會(huì)發(fā)生巨大的體積變化(>300％)，導(dǎo)致硅顆粒粉化，材料結(jié)構(gòu)被破壞，活性物質(zhì)從集流體上脫落，失去電接觸，經(jīng)多次充放電循環(huán)后電池的容量快速衰減，壽命縮短，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)對(duì)硅基負(fù)極材料研究的考察，我們發(fā)現(xiàn)制備硅/碳復(fù)合材料可有效解決上述問(wèn)題。硅和碳的嵌鋰電位相似，硅/碳復(fù)合材料是綜合利用了硅和碳各自的優(yōu)點(diǎn)，避免各自的不足。碳材料本身就是電子和離子的混合導(dǎo)體，且在嵌鋰過(guò)程中的體積效應(yīng)小，在硅基負(fù)極材料的制備中經(jīng)常被用作基體，以緩解硅的體積形變，提高其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)將一氧化硅固體在惰性氣體保護(hù)下氣化，同時(shí)通入還原性氣體，冷凝，得到硅量子點(diǎn)；(2)將步驟(1)得到的硅量子點(diǎn)分散在陽(yáng)離子表面活性劑的水溶液中，超聲處理，固液分離，得到表面修飾的硅量子點(diǎn)；(3)將步驟(2)得到的表面修飾的硅量子點(diǎn)與碳源和水混合，水熱反應(yīng)，固液分離，在惰性氣體保護(hù)下對(duì)得到的固體進(jìn)行碳化，得到碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合材料。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)將一氧化硅固體在惰性氣體保護(hù)下氣化，同時(shí)通入還原性氣體，冷凝，得到硅量子點(diǎn)；(2)將步驟(1)得到的硅量子點(diǎn)分散在陽(yáng)離子表面活性劑的水溶液中，超聲處理，固液分離，得到表面修飾的硅量子點(diǎn)；(3)將步驟(2)得到的表面修飾的硅量子點(diǎn)與碳源和水混合，水熱反應(yīng)，固液分離，在惰性氣體保護(hù)下對(duì)得到的固體進(jìn)行碳化，得到碳包覆硅量子點(diǎn)復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述一氧化硅氣化的溫度為1900～2100℃；優(yōu)選地，步驟(1)所述一氧化硅氣化的升溫速率為2～5℃/min；優(yōu)選地，步驟(1)所述一氧化硅氣化的時(shí)間為1～3h。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述惰性氣體包括氦氣和/或氬氣；優(yōu)選地，步驟(1)所述還原性氣體包括氫氣、一氧化碳或硫化氫中任意一種或至少兩種的組合；優(yōu)選地，步驟(1)所述惰性氣體與還原性氣體的體積比為(15～20):1。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)后使用氫氟酸對(duì)得到的硅量子點(diǎn)進(jìn)行刻蝕；優(yōu)選地，所述氫氟酸為氫氟酸的乙醇溶液；優(yōu)選地，所述氫氟酸的乙醇溶液的濃度為5～15wt％；優(yōu)選地，所述刻蝕的時(shí)間為10～60min；優(yōu)選地，刻蝕后對(duì)硅量子點(diǎn)進(jìn)行乙醇洗滌和干燥。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述陽(yáng)離子表面活性劑包括聚二烯丙基二甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨、十四烷基-二甲基吡啶溴化銨或雙八烷基-甲基芐基氯化銨中任意一種或至少兩種的組合；優(yōu)選地，步驟(2)所述陽(yáng)離子表面活性劑水溶液的濃度為0.1～5mol/L。6.根據(jù)...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉霞，呂志祥，張繼承，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：無(wú)錫德碳科技股份有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32
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