一种硅碳负极材料及其制备方法和应用与流程.docx

本文涉及的创新是一种硅碳负极材料的制备方法及其在锂离子电池中的应用，旨在解决当前石墨负极材料能量密度低、倍率性能差的问题。硅作为负极材料，具有理论储锂容量高（4200mAh/g）和资源丰富的优势，但其在锂化过程中体积膨胀严重，导致循环稳定性下降。 该创新的技术实现要素主要包括以下几个方面： 1. **含硅碳的液体前驱体气化物与预热石墨混合反应**：这一过程采用特定的含硅碳液体前驱体（如八甲基环四硅氧烷、二甲氧基二甲基硅烷等），加热至一定温度（50~300℃）转化为气态，然后与预热到1000~1100℃的石墨在惰性气氛（如氩气）中混合反应，形成氧化亚硅-碳复合纳米层包覆石墨复合材料。 2. **铝热还原反应**：将上述得到的复合材料与铝粉和氯化铝按一定比例混合，加热至200~300℃，进行铝热还原，进一步优化材料结构，提高其电化学性能。 这种硅碳负极材料的制备方法简单、成本低、合成时间短、产率高，能够大量制备出硅-碳复合纳米层包覆石墨复合粉体。通过这种方法制备的硅碳负极材料具有以下优点： - **高容量**：在0.1C的电流密度下，首次库伦效率高达93.5%，可逆容量可达660.1mAh/g。 - **良好循环性能**：在100次循环后，容量保持率高达95.9%；在1C的电流密度下，300次循环后，容量保持率仍达92.9%。 - **优秀倍率性能**：即使在3C的高电流密度下，可逆容量也能维持在530.1mAh/g。 这种硅碳负极材料不仅用于制备锂离子电池负极，还被应用于实际的锂离子电池中，显著提升了电池的能量密度和功率密度，满足了电动汽车对高能量密度和功率密度的需求，有利于推动电动汽车行业的进步。 此外，通过SEM照片（例如图1至图3）可以观察到，经过处理的石墨表面结构发生明显变化，表明硅碳复合纳米层成功包覆在石墨上，优化了材料的微观结构，增强了其电化学性能。 这项创新提供了一种有效解决硅负极材料体积膨胀问题的方法，通过优化材料结构和制备工艺，提高了硅碳负极材料的性能，为锂离子电池技术的发展开辟了新的路径。