[發明專利]一種硅碳復合材料及其制備方法及含有該硅碳復合材料的負極材料和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201110399834.0
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102447112A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 曾紹忠;朱廣燕
• 申請（專利權）人: 奇瑞汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

1.一種硅碳復合材料，其特征在于：包括空心多孔碳球包覆納米硅顆粒，且硅碳復合材料中納米硅顆粒的粒徑為5-80nm，其中納米硅含量為10-90wt％。

2.一種權利要求1所述的硅碳復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)配制聚合物溶液：將高分子聚合物溶解于溶劑中，得1-20wt％的聚合物溶液；

(2)一氧化硅與聚合物混合均勻：將一氧化硅與步驟(1)所得的聚合物溶液按比例混合，充分分散，再除去溶劑，得聚合物包覆一氧化硅的復合材料；

(3)高溫進行碳化和歧化反應：在保護氣氛下對步驟(2)所得的聚合物包覆一氧化硅的復合材料進行加熱，使高分子聚合物發生碳化反應，一氧化硅發生歧化反應，得到多孔碳球包覆二氧化硅/納米硅的復合材料；

(4)腐蝕除二氧化硅：將步驟(3)所得的多孔碳球包覆二氧化硅/納米硅的復合材料與腐蝕液按質量比1∶5-1∶100混合，攪拌0.5-24小時后分離得硅碳復合材料。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中高分子聚合物包括聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、酚醛樹脂、瀝青、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一種或多種。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中溶劑包括水、乙醇、丙酮、四氫呋喃、三氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基甲酰胺中的一種或多種。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中一氧化硅與聚合物溶液按比例混合指一氧化硅與聚合物溶液質量比為1∶1-1∶200；充分分散指采用超聲波分散10-100分鐘，超聲波頻率為4萬Hz。

6.一種權利要求1所述的硅碳復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)一氧化硅與聚合物混合均勻：將一氧化硅與高分子聚合物按比例稱取，并用球磨機球磨0.5-24小時，得粉末混合物；

(2)高溫進行碳化和歧化反應：在保護氣氛下對步驟(1)所得的粉末混合物進行加熱，使高分子聚合物發生碳化反應，一氧化硅發生歧化反應，得到多孔碳球包覆二氧化硅/納米硅的復合材料；

(3)腐蝕除二氧化硅：將步驟(2)所得的多孔碳球包覆二氧化硅/納米硅的復合材料與腐蝕液按質量比1∶5-1∶100混合，攪拌0.5-24小時后分離得硅碳復合材料。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中一氧化硅與高分子聚合物質量比為1∶9-9∶1。

8.根據權利要求2或6所述的制備方法，其特征在于所述高溫進行碳化和歧化反應的溫度為700-1500℃，加熱時間為0.5-12小時。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述高溫進行碳化和歧化反應的溫度為900-1200℃，加熱時間為1-5h。

10.根據權利要求2或6所述的制備方法，其特征在于所述保護氣氛為氮氣、氬氣或者氬氣與氫氣的混合氣。

11.根據權利要求2或6所述的制備方法，其特征在于所述腐蝕液為3-40wt％的氫氟酸水溶液。

12.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于所述腐蝕液為5-20wt％的氫氟酸水溶液。

13.根據權利要求2或6所述的制備方法，其特征在于所述腐蝕液為0.4-30wt％的氫氧化鋰或氫氧化鉀或氫氧化鈉。

14.根據權利要求13所述的制備方法，其特征在于所述腐蝕液為1-30wt％的氫氧化鈉。

15.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于所述高分子聚合物包括聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、酚醛樹脂、瀝青、葡萄糖、蔗糖、淀粉中的一種或多種。

16.一種鋰離子電池負極材料，其特征在于包括以權利要求2-15任一所述方法制備的硅碳復合材料。

17.一種鋰離子電池，其特征在于包括用權利要求16所述鋰離子電池負極材料制備電池的負極。