[發(fā)明專利]一種高容量硅碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法和其應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210009648.6
• 申請(qǐng)日: 2012-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN102637872A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊紅強(qiáng);苗艷麗;李花;張俊平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津市貝特瑞新能源材料有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M4/38;H01M4/133;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其中，以硅碳復(fù)合材料中各成分的重量份計(jì)，硅材料為1-30份，碳材料為30-120份，熱解碳為10-80份，所述的制備方法包括下述步驟：

1)將硅材料和碳材料置于分散劑中，攪拌或超聲振蕩，至分散均勻，除去分散劑，制得硅/碳材料復(fù)合顆粒；

2)在攪拌條件下，將步驟1)制得的硅/碳材料復(fù)合顆粒加入到熱解碳前軀體溶液中，分散混合，除去溶劑，在惰性氣體保護(hù)下，焙燒炭化，即得熱解碳包覆的硅碳復(fù)合材料，

其中，本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，以硅碳復(fù)合材料中各成分的重量份計(jì)，硅材料為5-15份，碳材料為60-80份，熱解碳為15-25份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，所述硅材料為納米硅，優(yōu)選為納米單質(zhì)硅。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，所述硅材料的粒徑為20-100nm，優(yōu)選為30-80nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，所述碳材料選自天然石墨、人造石墨的任一種或其組合，優(yōu)選為人造石墨，更優(yōu)選為中間相炭微球。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，所述碳材料的中位粒徑(D₅₀)為1-100μm，優(yōu)選為10-40μm，更優(yōu)選為10-20μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法，所述碳材料中的碳含量不低于99.0％，優(yōu)選為99.0-99.9％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法，所述的分散劑選自水、甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙二醇、丁醇、丁二醇、丙酮的任一種或其組合，優(yōu)選為水、乙醇、甲醇的任一種或其組合。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法，所述的熱解碳為熱解碳前軀體有機(jī)物經(jīng)過焙燒炭化以后的無定形碳，優(yōu)選所述的熱解碳前軀體有機(jī)物選自瀝青(優(yōu)選所述瀝青選自中溫瀝青、高溫瀝青、二次煤瀝青、石油瀝青的任一種或其組合)、煤焦油、聚乙烯醇、丁苯橡膠、羧甲基纖維素、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂、葡萄糖、蔗糖、果糖、檸檬酸、纖維素、淀粉的任一種或其組合，優(yōu)選為酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂、蔗糖、檸檬酸的任一種或其組合。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法，所述的熱解碳前軀體溶液是將熱解碳前驅(qū)體有機(jī)物溶解于溶劑中所得的溶液，其中，所述溶劑選自水、乙醇、甲醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯、四氫呋喃、吡啶、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、環(huán)己烷的任一種或其組合，優(yōu)選為水、甲醇、乙醇、丁醇、乙酸乙酯的任一種或其組合。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法，所述的除去分散劑或溶劑的方法選自過濾、離心、干燥的任一種或其組合。

11.根據(jù)權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的制備方法，所述的焙燒炭化條件為，以1-5℃/min的升溫速率升溫至200-500℃，恒溫1-8h，再以1-10℃/min的升溫速率升溫至500-1600℃，恒溫2-24h，冷卻至室溫，優(yōu)選的焙燒炭化條件為以1-3℃/min的升溫速率升溫至250-450℃，恒溫2-6h，再以2-8℃/min的升溫速率升溫至600-1200℃，恒溫8-18h，冷卻至室溫。

12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的制備方法，所述硅碳復(fù)合材料的首次放電容量不低于450mAh·g^-1，優(yōu)選所述硅碳復(fù)合材料的50次循環(huán)后容量保持率不低于80％。

13.一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，以硅碳復(fù)合材料中各成分的重量份計(jì)，硅材料為1-30份，碳材料為30-120份，熱解碳為10-80份，優(yōu)選為硅材料為5-15份，碳材料為60-80份，熱解碳為15-25份；或者所述的硅碳復(fù)合材料由權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)制備方法制備得到。

14.權(quán)利要求13所述的硅碳復(fù)合材料用于制備鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。