球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是繼鉛酸電池、鎳鎘電池以及鎳氫電池之后新一代二次電池。在全球面臨石油資源的持續(xù)緊缺和環(huán)境不斷惡化的今天，鋰離子電池由于具有容量高、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應、無環(huán)境污染和安全性能好等優(yōu)點，已經成為高新技術發(fā)展的重點之一，被認為是高容量、大功率電池的理想之選，是21世紀的環(huán)保電源?？沙潆婁囯x子電池自1990年開始商業(yè)化以來，其應用范圍被不斷拓展，從移動電話、筆記本電腦等便攜式電子設備領域到電動汽車以及未來的航空航天、人造衛(wèi)星等諸多領域都將得到廣泛應用。目前，人們已經開始致力于研究新型的可充電鋰離子電池，可供混合動力電動汽車、可充電混合動力車和純電動車輛等交通工具使用，從而減少對石油的依賴和緩解空氣污染。要滿足這種應用，鋰離子電池須具備高的功率密度、高的能量密度和好的循環(huán)性能。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，是鋰離子儲能器件發(fā)展的關鍵。目前商用鋰離子電池負極材料主要為石墨材料，石墨具有層狀結構，在充放電過程中體積膨脹小、不容易出現(xiàn)材料的粉化，但是石墨的理論處理容量較小，只有400mAh/g。硅由于具有最大的理論處理容量4200mAh/g而受到廣泛的關注，但是由于密堆積結構，硅在充放電過程中體積膨脹大、材料粉化嚴重，此外納米硅和薄膜硅制作成本高，這些都制約著其在鋰離子電池中的應用。
[0003]現(xiàn)有的硅碳復合材料可以結合上述兩種材料的優(yōu)點，從而獲得高容量低膨脹的負極材料。然而，現(xiàn)有的硅碳復合材料，一般將硅粉與石墨進行簡單研磨后形成，如，CN102403491A。然而，上述制備方法所獲得硅碳復合材料的性能有待進一步提高。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提供一種球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法，可以解決上述問題。所述球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法，包括如下步驟:
提供一 Na2Si03溶液；將一糖類化合物溶解于所述Na 2Si03溶液，形成一第一溶液；將所述第一溶液進行噴霧干燥，形成球形Na2Si03/糖類復合顆粒；將所述球形Na2Si03/糖類復合顆粒加入濃硫酸中炭化處理形成一懸濁液，所述懸濁液包括球形多孔Na2Si03/C復合顆粒；將所述懸濁液加入蒸餾水中稀釋，使球形多孔Na2Si03/碳復合顆粒中的Na2Si03水解，形成球形多孔Si02/C復合顆粒；過濾獲得球形多孔Si02/C復合顆粒；將一還原劑與所述球形多孔Si02/C復合顆?；旌?，并加熱使球形多孔Si02/C復合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復合顆粒。
[0005]進一步的，所述Na2Si0j.#液的濃度為15wt%到25wt%。
[0006]進一步的，所述將糖類化合物溶解于所述Na2Si(V^液的步驟包括:按照炭化率15%~25%計入硅含量5wt%~15%的糖類化合物。
[0007]進一步的，所述糖類化合物包括單糖、雙糖、低聚糖和多糖。
[0008]進一步的，所述單糖為葡萄糖、果糖或其混合物，雙糖為蔗糖、麥芽糖、乳糖或其混合物。
[0009]進一步的，所述噴霧參數(shù)為:進料量為l~10ml/min.，進口溫度為100~200°C，壓力為 0.l~lMPa。
[0010]進一步的，過濾獲得球形多孔Si02/C復合顆粒后，進一步包括將所述球形多孔Si02/c復合顆粒進行清洗和干燥的步驟。
[0011]進一步的，所述還原劑為鎂粉，且所述將還原劑與所述球形多孔Si02/C復合顆粒混合，并加熱使球形多孔Si02/c復合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復合顆粒的步驟包括:將過量鎂粉與所述球形多孔Si02/c復合顆?；旌?；加熱使鎂粉還原所述球形多孔Si02/c復合顆粒中的Si02，形成球形多孔Si/C復合顆粒；將上述球形多孔Si/C復合顆粒加入水中清洗；以及過濾并干燥，獲得高純度的球形多孔Si/C復合顆粒。
[0012]進一步的，加熱到600~700°C使鎂粉還原所述球形多孔Si02/C復合顆粒中的Si02，形成球形多孔Si/C復合顆粒。
[0013]進一步的，所述將過量鎂粉與所述球形多孔Si02/C復合顆?；旌系牟襟E包括:將理論量105wt%~115wt%的鎂粉與所述球形多孔Si02/C復合顆粒混合。
[0014]本發(fā)明提供的一種球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法，可以獲得高純度，微米級甚至納米級多空Si/C復合顆粒。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例提供的球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法流程圖。
[0016]圖2為由本實施例1得到的球形多孔硅碳復合顆粒的掃描電鏡照片。
[0017]圖3為由本實施例1得到的球形多孔硅碳復合顆粒組裝為扣式電池的首次循環(huán)曲線。
[0018]圖4為由本實施例1得到的球形多孔硅碳復合顆粒組裝為扣式電池的循環(huán)曲線。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結構。
[0020]請參照圖1，一種球形多孔硅碳復合顆粒的制備方法，包括如下步驟:
S1，提供一 Na2Si03溶液；
S2，將一糖類化合物溶解于所述Na2Si03溶液，形成一第一溶液；
S3，將所述第一溶液進行噴霧干燥，形成球形Na2Si03/糖類復合顆粒；
S4，將所述球形Na2Si03/糖類復合顆粒加入濃硫酸中炭化處理形成一懸池液，所述懸濁液包括球形多孔Na2Si03/C復合顆粒；
S5，將所述懸濁液加入蒸餾水中稀釋，使球形多孔Na2Si03/碳復合顆粒中的Na2Si(VK解，形成球形多孔Si02/C復合顆粒；
S6，過濾獲得球形多孔Si02/C復合顆粒；
S7，將一還原劑與所述球形多孔Si02/C復合顆?；旌?，并加熱使球形多孔Si02/C復合顆粒中的Si02還原，形成球形多孔Si/C復合顆粒。
[0021 ] 在步驟S1中，所述他與03溶液的濃度為15wt%到25wt%。優(yōu)選的，所述18wt%到22wt%0所述Na2Si03溶液的濃度為20%左右?？梢岳斫?，當濃度太高，所述Na 2Si03溶液的粘度過大，不利于后續(xù)的噴霧處理；而濃度太低，不利于形成復合顆粒。
[0022]在步驟S2中，所述糖類化合物包括單糖、雙糖、低聚糖和多糖。優(yōu)選的，所述所述糖類化合物為單糖或雙糖，這是由于單糖或雙糖更有利于后續(xù)的炭化處理。進一步的，所述單糖可以為葡萄糖、果糖或其混合物。雙糖可以為蔗糖、麥芽糖、乳糖或其混合物。所述糖類化合物可以按照炭化率15%~25%計入硅含量5wt%~15%加入Na2Si(V^液中。優(yōu)選的，所述糖類化合物優(yōu)選的按照炭化率18%~22%計入硅含量8wt%~12%加入Na2Si03S液中。更優(yōu)選的，所述糖類化合物優(yōu)選的按照炭化率20%計入硅含量10%加入Na2Si03S液中。可以理解，通過加入不同量的糖類化合物可以控制最早產物中碳和硅的比例。
[0023]在步驟S3中，所述噴霧參數(shù)為:進料量為l~10ml/min，進口溫度為100~200°C，壓力為0.l~lMPa?？梢岳斫猓ㄟ^噴霧參數(shù)的控制可以獲得微米級或納米級的球形Na2Si03/糖類復合顆粒。優(yōu)選的，所述噴霧參數(shù)為:進料量為2~5ml/min，進口溫度為150~170°C，壓力為0.3-0.5MPa。優(yōu)選的，所述噴霧參數(shù)為:進料量為3~4ml/min，進口溫度為155~160°C，壓力為 0.3-0.5MPa。
[0024]在步驟S4中，為了防止球形Na2Si03/糖類復合顆粒中的Na2Si03在空氣中產