《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》是深圳清華大學研究院於2015年6月30日申請的專利，該專利的公布號為CN104953122A，授權公布日為2015年9月30日，發明人是符冬菊、葉利強、陳建軍、吳微微、檀滿林、馬清。
《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》公開了一種納米矽碳複合負極材料和其製備方法以及一種鋰電池。該發明納米矽碳複合負極材料為核殼結構，所述核體外壁與所述殼層內壁之間存在間隙；其中，所述核體材料為納米矽，所述殼層為納米多孔碳層。其製備方法包括的步驟有：製備SiO2包覆的納米矽顆粒、製備嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒、對嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒進行有機碳源的裂解處理、將嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒採用HF對SiO2進行刻蝕處理等步驟。該發明鋰電池負極材料為該發明納米矽碳複合負極材料。該發明納米矽碳複合負極材料和鋰電池循環穩定性、比容量、倍率性能和安全性能優異。
2020年7月14日，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池
- 申請人：深圳清華大學研究院
- 申請日：2015年6月30日
- 申請號：2015103856066
- 公布號：CN104953122A
- 公布日：2015年9月30日
- 發明人：符冬菊、葉利強、陳建軍、吳微微、檀滿林、馬清
- 地址：廣東省深圳市南山區高新技術科技園南區
- Int. Cl.：H01M4/583(2010.01)I、H01M4/38(2006.01)I、H01M10/0525(2010.01)I
- 代理機構：深圳中一專利商標事務所
- 代理人：張全文
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
隨著各種攜帶型電子設備及電動汽車的廣泛發展和快速套用，對具有高比容量、長循環壽命和高安全性的高性能鋰電池特別是鋰離子電池的需求日益迫切。負極材料作為鋰電池的關鍵材料之一，對鋰電池性能的提高起著至關重要的作用。
截至2015年，商業化的鋰電池特如鋰離子電池仍主要採用石墨類碳負極材料。難以滿足高性能鋰電池的要求，大大制約了鋰電池的發展與套用。各種非碳負極材料中，矽（理論容量高達4200毫安/克）以其獨特的優勢和潛力吸引了越來越多研究者的目光。但是矽基負極材料在嵌脫鋰過程中體積變化達到300％以上。嚴重的體積膨脹所產生的內應力導致電極材料粉化和剝落，其容量迅速下降，最終使電池失去活性。出於大規模產業化套用的考慮，製備具有納米結構的高性能複合矽碳負極材料具有極大發展潛力。
2015年前雖有矽碳複合材料的公開，但2015年前製備的矽碳複合材料在鋰離子脫嵌過程中難以保持活性矽材料的結構穩定性，導致循環穩定性、倍率性能和安全性能不理想，限制了其實際套用。
發明內容
專利目的
《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》的目的在於克服2015年之前技術的上述不足，提供一種納米矽碳複合負極材料及其製備方法，解決2015年之前技術中矽碳複合材料循環穩定性、倍率性能和安全性能不理想的技術問題。
《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》另一目的在於克服2015年之前技術的上述不足，提供一種鋰電池，以解決2015年之前鋰電池特別是鋰離子電池循環穩定性、倍率性能和安全性能不理想的技術問題。
技術方案
《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》的技術方案如下：
一種納米矽碳複合負極材料，其為核殼結構，所述核體外壁與所述殼層內壁之間存在間隙；其中，所述核體材料為納米矽，所述殼層為納米多孔碳層。
以及，一種納米矽碳複合負極材料的製備方法，包括如下步驟：
將納米矽顆粒置於含氧氣氛中於700～1000℃條件下煅燒氧化處理，製得SiO2包覆的納米矽顆粒；
將納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒和分散劑以及有機碳源於溶劑中進行分散處理，後進行噴霧乾燥處理，得到嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒，所述表面氧化的納米矽顆粒為所述SiO2包覆的納米矽顆粒；
將嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒於無氧氣氛中進行熱裂解反應，使得有機碳源裂解成無定形碳，獲得嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒；
將嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒置於HF溶液中進行反應，除去所述納米SiO2和所述納米矽顆粒表面氧化層，生成納米多孔碳層包覆的納米矽的納米矽碳複合負極材料；其中，所述多孔碳層內表面與所述納米矽顆粒表面之間存在間隙。
以及，一種負電極，其包括負極活性材料層，所述負極活性材料層中所含的負極活性材料為該發明納米矽碳複合負極材料或該發明納米矽碳複合負極材料的製備方法製備的納米矽碳複合負極材料。
以及，一種鋰電池，其包括負電極，所述負電極為該發明負電極。
改善效果
上述《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》納米矽碳複合負極材料中的納米矽核與外層納米多孔碳之間的空隙有效緩衝矽材料在充放電過程中的體積變化，保證納米矽碳複合負極材料結構和電極結構的穩定性；同時，外層的無定形碳為納米多孔碳，是一種可伸縮的疏鬆表面結構，進一步為鋰離子嵌入矽基體材料提供可膨脹緩衝空間，使矽的循環性能和倍率性能進一步得到提升。
上述《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》納米矽碳複合負極材料製備方法採用分散劑對氧化後的納米矽、用於造孔的納米SiO2和有機碳源進行有效分散，有效防止了納米矽和造孔的納米SiO2團聚，使得兩者能夠均勻分散於有機碳源溶液中，有效保證了在採用噴霧乾燥處理中有機碳源包覆於表面氧化的納米矽顆粒，同時使得造孔的納米SiO2有效鑲嵌於有機碳源包覆層中。正是該前驅體結構的存在，使得在後續刻蝕反應處理後，有效保證了使得裂解形成的無定形碳包覆層中具有納米多孔結構和在核殼之間存在孔隙，從而賦予該發明納米矽碳複合負極材料具有高的結構穩定性和優異的循環性能和倍率等電化學性能。
上述《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》負電極由於選用該發明納米矽碳複合負極材料作為負極材料，因此，該負電極在充放電過程中的體積能保持穩定，從而使得該發明負電極結構的穩定性好。
上述《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》鋰離子電池由於採用含該發明納米矽碳複合負極材料的該發明負電極，因此，該發明電池循環穩定性、比容量、倍率性能和安全性能優異。
附圖說明
圖1為《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例納米矽碳複合負極材料的結構示意圖；
圖2為《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例納米矽碳複合負極材料的製備方法流程示意圖；
圖3為《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例1納米矽碳複合負極材料的X射線衍射（XRD）圖；
圖4為《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例1納米矽碳複合負極材料的掃描電鏡（SEM）圖。
技術領域
《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》屬於鋰電池技術領域，特別涉及一種納米矽碳複合負極材料和其製備方法以及一種鋰離子電池。
權利要求
1.一種納米矽碳複合負極材料，其為核殼結構，所述核體外壁與所述殼層內壁之間存在間隙；其中，所述核體材料為納米矽，所述殼層為納米多孔碳層。
2.根據權利要求1所述的納米矽碳複合負極材料，其特徵在於：所述納米矽的粒徑為10～200納米；和/或所述殼層的厚度為10～100納米。
3.根據權利要求1所述的納米矽碳複合負極材料，其特徵在於：所述核體外壁與所述殼層內壁之間存在的間隙大小為5～50納米；和/或所述納米多孔碳的孔徑為5～60納米；和/或所述納米矽占所述納米矽碳複合負極材料的總重量百分比為10～90％。
4.根據權利要求1-3任一所述的納米矽碳複合負極材料，其特徵在於：所述納米矽碳複合負極材料形貌為球狀或近球狀。
5.一種納米矽碳複合負極材料的製備方法，包括如下步驟：
將納米矽顆粒置於含氧氣氛中於700～1000℃條件下煅燒氧化處理，製得SiO2包覆的納米矽顆粒；
將納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒和分散劑以及有機碳源於溶劑中進行分散處理，後進行噴霧乾燥處理，得到嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒，所述表面氧化的納米矽顆粒為所述SiO2包覆的納米矽顆粒；
將嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒於無氧氣氛中進行熱裂解反應，使得有機碳源裂解成無定形碳，獲得嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒；
將嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒置於HF溶液中進行反應，除去所述納米SiO2和所述納米矽顆粒表面氧化層，生成納米多孔碳層包覆的納米矽的納米矽碳複合負極材料；其中，所述多孔碳層內表面與所述納米矽顆粒表面之間存在間隙。
6.根據權利要求5所述的納米矽碳複合負極材料的製備方法，其特徵在於：在所述製得SiO2包覆的納米矽顆粒的步驟中，所述於700～1000℃條件下煅燒氧化處理的時間為10分鐘-180分鐘。
7.根據權利要求5或6所述的納米矽碳複合負極材料的製備方法，其特徵在於：在所述獲得嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒的步驟中，所述納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒、有機碳源的用量摩爾比為1:（1-100）:（1-100）；和/或所述有機碳源選自酚醛樹脂、檸檬酸、蔗糖、葡萄糖中的任一種或兩種以上的混合物；和/或所述分散劑選自十二烷磺基酸納、商用納米SiO2專用分散劑、偶聯劑KH570中的任一種或兩種以上的混合物。
8.根據權利要求5或6所述的納米矽碳複合負極材料的製備方法，其特徵在於：在所述獲得嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒的步驟中，所述熱裂解反應的條件為300～800℃條件下微波加熱2～180分鐘。
9.一種負電極，包括負極活性材料層，其特徵在於：所述負極活性材料層中所含的負極活性材料為1-4任一所述的納米矽碳複合負極材料或由權利要求5-8任一所述的納米矽碳複合負極材料的製備方法製備的納米矽碳複合負極材料。
10.一種鋰離子電池，其特徵在於：包括權利要求9所述的負電極。
實施方式
操作內容
製備性能優良的矽碳複合負極材料關鍵在於如何獲得合理的材料結構。發明人在研究中發現微納米級的矽顆粒均勻分布或被碳完全包覆，碳質緩衝基體形成良好的傳導電路並有合理的孔或層結構以控制Si在充放電過程中的脹縮,這樣能有效提高矽碳複合材料整體的穩定結構。
基於上述發現和理論，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例提供一種具有循環穩定性、倍率性能和安全性能的納米矽碳複合負極材料。在一實施例中，該納米矽碳複合負極材料結構如圖1所示，其形貌為核殼結構，所述核體2外壁與所述殼層1內壁之間存在間隙3；其中，所述核體2材料為納米矽，所述殼層1為納米多孔碳層。這樣，該納米矽碳複合負極材料通過將納米矽核體2與導電的納米多孔碳層1設定成核殼結構，並使得納米矽核2與外碳層1之間存在間隙，從而有效緩衝矽材料在充放電過程中的體積變化，保證納米矽碳複合負極材料和電極結構的穩定性；同時，外層的無定形碳層1為納米多孔碳層，形成一種可伸縮的疏鬆表面結構，進一步為鋰離子嵌入矽基體材料提供可膨脹緩衝空間，使矽的循環性能和倍率性能進一步得到提升。
在一實施例中，圖1所示的納米矽2的粒徑為10～200納米，優選15～200納米，更優選為30～200納米。在另一實施例中，圖1所示的殼層1的厚度為10～100納米。對納米矽2的粒徑大小和殼層1的厚度的調控，能有效提高納米矽碳複合負極材料的結構穩定，提高其電化學性能。
在一實施例中，控制所述核體2外壁與所述殼層1內壁之間存在的間隙大小為5～50納米。對該核體2外壁與所述殼層1內壁之間間隙的控制，能有效緩衝矽材料在充放電過程中的體積變化，保證納米矽碳複合負極材料的穩定性能，從而保證負極結構的穩定性能。
在又一實施例中，圖1所示的納米多孔碳層1中的納米孔徑為5～60納米。將納米多孔碳層1的孔徑控制該範圍，能提高納米多孔碳層1的可收縮性能，並進一步為鋰離子嵌入矽基體材料提供可膨脹緩衝空間，從而進一步提高矽的循環性能和倍率性能。
在一實施例中，所述納米矽占所述納米矽碳複合負極材料的總重量百分比為10～90％。控制納米矽與殼層多孔納米碳兩者的重量比，能進一步提高納米矽碳複合負極材料的循環穩定性能和倍率性能。
在一實施例中，上述各實施例中的納米矽碳複合負極材料納米矽碳複合負極材料形貌為球狀或近球狀。
由上所述可知，上述《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例納米矽碳複合負極材料具有優異的結構和電極結構的穩定性，並能提高矽的循環性能和倍率性能。
相應地，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例還提供了上述納米矽碳複合負極材料的一種製備方法。該納米矽碳複合負極材料製備方法工藝流程如圖2所示，其包括如下步驟：
步驟S01.製備SiO2包覆的納米矽顆粒：將納米矽顆粒置於含氧氣氛中於700～1000℃條件下煅燒氧化處理，製得SiO2包覆的納米矽顆粒；
步驟S02.製備嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒：將納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒和分散劑以及有機碳源於溶劑中進行分散處理，後進行噴霧乾燥處理，得到嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒，所述表面氧化的納米矽顆粒為所述SiO2包覆的納米矽顆粒；
步驟S03.對嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒進行有機碳源的裂解處理：將嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒於無氧氣氛中進行熱裂解反應，使得有機碳源裂解成無定形碳，獲得嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒；
步驟S04.將嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒採用HF對SiO2進行刻蝕處理：將嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒置於HF溶液中進行反應，除去所述納米SiO2和所述納米矽顆粒表面氧化層，生成納米多孔碳層包覆的納米矽的納米矽碳複合負極材料；其中，所述多孔碳層內表面與所述納米矽顆粒表面之間存在間隙。
具體地，上述步驟S01中，納米矽顆粒在煅燒氧化處理反應中，其表面與氧氣發生了反應生成了SiO2，從而使得納米矽顆粒表面被氧化並包覆有一SiO2的氧化物層。另外，通過控制煅燒氧化處理的溫度和時間能有效控制包覆在納米矽顆粒的SiO2氧化物層的厚度，因此，在一實施例中，該煅燒氧化處理的溫度控制在700～1000℃，該煅燒氧化處理的時間控制為10分鐘-180分鐘。
在另一實施例中，該步驟S01中的煅燒氧化處理的含氧氣氛的為空氣或氧氣氣氛。
在另一實施例中，該步驟S01中納米矽顆粒原料的粒徑大小選用10-200納米，優選15～200納米，更優選為30～200納米。
上述步驟S02中，將納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒和有機碳源在分散劑的作用下，能有效防止納米SiO2顆粒、所述SiO2包覆的納米矽顆粒、有機碳源發生團聚，從而使得三者能夠均勻分散於溶劑中，形成均勻的分散液。
因此，在一實施例中，該分散劑選自十二烷磺基酸納、商用納米SiO2專用分散劑、偶聯劑KH570中的任一種或兩種以上的混合物。在另一實施例中，該分散劑與納米SiO2顆粒的重量比為0.1-1％。為了使得最終製備的納米矽碳複合負極材料具有理想的優異循環性能和倍率性能，在一實施例中，步驟S02中的納米SiO2顆粒、SiO2包覆的納米矽顆粒、有機碳源的用量摩爾比為1:（1-100）:（1-100）。
用於分散步驟S02中的原料的溶劑可以選用但不僅僅限於乙醇。只要是有利於噴霧乾燥和各原料的分散的溶劑均可用於該發明實施例方法。
上述步驟S03，嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒在無氧的氣氛中進行熱裂解的過程中，該有機碳源發生裂解反應而生產無定形碳。因此，經熱裂解反應後，該嵌有納米SiO2的有機碳源包覆的表面氧化的納米矽顆粒生成嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒。
為了使得該有機碳源有效充分裂解反應，在一實施例中，該熱裂解反應的條件為300～800℃條件下微波加熱2～180分鐘。
在另一實施例中，該熱裂解的無氧氣氛為惰性氣氛或真空環境。
上述步驟S04中，嵌有納米SiO2的無定形碳包覆的表面氧化的納米矽顆粒在HF溶液進行反應後，納米SiO2顆粒和納米矽顆粒表面SiO2氧化層在該HF的反應作用下被刻蝕而去掉，這樣鑲嵌在無定形碳包覆層中納米SiO2顆粒被刻蝕除掉之後，在無定形碳中留下納米孔隙。納米矽顆粒表面SiO2氧化層被刻蝕而去掉後，在無定形碳包覆層與納米矽顆粒之間形成間隙。這樣，經上述納米矽碳複合負極材料的製備方法製備得到的納米矽碳複合負極材料的結構如同圖1所述。即其以納米矽核體2，以包覆層納米多孔碳層為殼層1，且核體2外壁與所述殼層1內壁之間存在間隙3。
由該步驟S04可知，上述步驟S01中的煅燒氧化處理的溫度或時間影響著間隙3的大小；上述步驟S02中的納米SiO2顆粒用於形成殼層1的納米多孔的造孔材料，而且該納米SiO2顆粒的大小直接決定了殼層1的納米多孔的孔徑大小，正是這樣，殼層1中納米多孔的孔徑大小可調，如果將納米SiO2顆粒控制一致，因此，該殼層1中納米多孔的孔徑大小可以調控為一致。正是由於該因此，在一實施例中，該納米SiO2顆粒選用粒徑為5～60納米的納米SiO2顆粒。
應該理解的是，該步驟S04中在HF溶液中進行刻蝕反應時間與HF溶液的濃度有關，濃度高時，反應時間可以短；反之，濃度低時，反應時間可以相應延長。因此，只要是能有效除去SiO2的HF溶液的濃度和時間均在該發明實施例公開的範圍之內。
另外，待上述步驟S04處理完畢後，還包括對納米矽碳複合負極材料進行洗滌的步驟，在具體實施例中，該洗滌的方法可以是：無水乙醇或去離子水洗滌3～6次後以除去多餘的HF，最後進行真空乾燥處理。
上述納米矽碳複合負極材料製備方法能製備納米多孔碳包覆層，同時能使得該納米多孔碳包覆層能與核體納米矽之間存在間隙，從而賦予《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》納米矽碳複合負極材料具有高的結構穩定性能和優異的循環性能和倍率等電化學性能。另外，上述納米矽碳複合負極材料製備方法沒有使用有害氣體或溶劑，其環保節能，且工藝簡單易行，成該低廉，易於產業化。
相應地，在上文所述納米矽碳複合負極材料及其製備方法的基礎上，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例還提供了一種負電極。該負電極的結構可以是常規的鋰電池負電極結構，如包括集流體和塗覆在所述集流體表面的負極活性材料層。其中，該負電極活性材料層中所含的負極活性材料為上文所述的該發明實施例納米矽碳複合負極材料。由於該負電極是採用上文該發明實施例納米矽碳複合負極材料，因此，該負電極在充放電過程中的體積能保持穩定，從而使得該發明負電極結構的穩定性好。
相應地，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》實施例還提供了一種鋰離子電池。該鋰離子電池包括負電極。該負電極為上文所述的含有該發明實施例納米矽碳複合負極材料的負電極。因此，該發明電池比容量高、循環穩定性、倍率性能和安全性能優異。當然，該鋰離子電池還含有必需的其他構件如正電極等。
實施案例
- 實施例1
一種矽碳複合材料及其製備方法。矽碳複合材料製備方法包括如下具體步驟：
S11：將3克直徑為100納米左右的納米矽粉在溫度為900℃條件下於空氣中煅燒氧化3小時，冷卻得到SiO2外層包覆的納米矽粉體。
S12：該實施例選取步驟S11得到的外層包覆納米矽粉、1克十二烷磺基酸鈉於適量去離子水中，充分攪拌均勻得到穩定懸浮溶液1。將0.5克直徑為15納米的納米SiO2粉末和22.5克酚醛樹脂均勻分散於乙醇溶液中，配成溶液2。將溶液1和溶液2混合磁力攪拌分散60分鐘後，將分散均勻的懸浮液於進口溫度220℃下高溫噴霧乾燥得到矽碳複合材料的前驅體。
S13：將矽碳複合材料的前驅體置於微波加熱反應器中，打開氣體流量瓶閥門，通入流量為100標準毫升/分鐘的氮氣，當溫度快速升至反應溫度400℃，待反應60分鐘後，關閉微波，整個反應系統在氮氣氣氛下冷卻至室溫，得到無定形碳包覆納米矽的矽碳複合材料。
S14：將步驟S13中得到矽碳複合材料研磨過200目篩後置於10％HF浸泡2小時。用去離子水洗滌5次後於80℃條件下真空乾燥24小時得到納米矽碳負極材料。
將實施例1製備的納米矽碳複合負極材料進行X射線衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）分析，其中X射線衍射分析結果如圖3所示，掃描電鏡分析結果如圖4所示。由圖3可明顯的看出該實施例1製備的納米矽碳複合負極材料出現了單晶Si和無定形C的特徵峰，因此，證明了該實施例1中的SiO2被有效除去，也沒有碳化矽雜質生成。由圖4可知，實施例1製備的納米矽碳複合負極材料碳包覆層具有多孔結構，且納米矽碳複合負極材料形貌呈球狀或近球狀。另外，該納米多孔碳層的厚度為20納米左右。
- 實施例2
一種矽碳複合材料及其製備方法。矽碳複合材料製備方法包括如下具體步驟：
S21：將直徑為100納米左右2克納米矽粉末在溫度為900℃條件下於空氣中煅燒氧化1小時，冷卻得到SiO2外層包覆的納米矽粉體。
S22：該實施例選取直步驟S21得到的外層包覆納米矽粉、0.02克偶聯劑KH570、0.5克直徑為30納米的納米SiO2粉末和15克檸檬酸均勻分散於乙醇溶液中，磁力攪拌分散60分鐘後，將分散均勻的懸浮液於進口溫度220℃高溫噴霧乾燥得到矽碳複合材料的前驅體。
S23：將矽碳複合材料的前驅體置於微波加熱反應器中，打開氣體流量瓶閥門，通入流量為80標準毫升/分鐘的氮氣，當溫度快速升至反應溫度600℃，待反應30分鐘後，關閉微波，整個反應系統在氮氣氣氛下冷卻至室溫，得到煅燒後的無定形碳包覆納米矽的矽碳複合材料。
S24：將步驟S23中得到矽碳複合材料研磨過200目篩後置於10％HF浸泡3小時。用去離子水洗滌3次後於80℃條件下真空乾燥24小時得到納米矽碳負極材料。
- 實施例3
一種矽碳複合材料及其製備方法。矽碳複合材料製備方法包括如下具體步驟：
S31：將直徑為50納米左右2克納米矽粉末在溫度為700℃條件下於氧氣中煅燒氧化1小時，冷卻得到SiO2外層包覆的納米矽粉體。
S32：該實施例選取步驟S31得到的外層包覆納米矽粉、0.2克十二烷磺基酸鈉於適量去離子水中，充分攪拌均勻得到穩定懸浮溶液1。將0.5克直徑為15納米的納米SiO2粉末和30克蔗糖均勻分散於去離子水溶液中，配成溶液2。將溶液1和溶液2混合磁力攪拌分散60分鐘後，將分散均勻的懸浮液於180℃高溫噴霧乾燥得到矽碳複合材料的前驅體。
S33：將矽碳複合材料的前驅體置於微波加熱反應器中，打開氣體流量瓶閥門，通入流量為80標準毫升/分鐘的氮氣，當溫度快速升至反應溫度600℃，待反應90分鐘後，關閉微波，整個反應系統在氮氣氣氛下冷卻至室溫，得到煅燒後的無定形碳包覆納米矽的矽碳複合材料。
S34：將步驟S33中得到矽碳複合材料研磨過200目篩後置於10％HF浸泡1小時。用去離子水洗滌3次後於80℃條件下真空乾燥24小時得到納米矽碳負極材料。
榮譽表彰
2020年7月14日，《納米矽碳複合負極材料和製備方法及其鋰離子電池》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
