[發明專利]一種核殼結構硅碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410425828.1
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN105280890B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 慈立杰;丁顯波;鐘輝;夏進陽;楊杰;茆勝
• 申請（專利權）人: 深圳市國創新能源研究院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/38;B82Y30/00
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1.一種核殼結構硅碳復合負極材料，由核、殼兩部分組成，所述殼包覆于所述核的外表面，其特征在于，所述核包括第一碳材料，呈球形或類球形，所述殼包括第二碳材料和第三碳材料，所述核、殼兩部分的質量比為1-20:1；

其中，所述第一碳材料為表面嵌有納米硅和納米碳的碳材料A，所述碳材料A選自天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、軟碳和硬碳中的一種或一種以上；所述第二碳材料為碳材料B，所述碳材料B為軟碳和/或硬碳；所述第三碳材料為表面嵌有納米硅和納米碳的碳材料C，所述碳材料C選自石墨烯、碳納米管、碳纖維中的一種或一種以上，所述第一碳材料與第三碳材料表面的納米碳為薄膜狀，所述第一碳材料與第三碳材料表面的納米硅為顆粒狀或薄膜狀；

所述第三碳材料嵌入所述第二碳材料中；

所述納米硅和納米碳的嵌入形式為，以一層納米硅上包覆一層納米碳作為一個嵌入單元，以這樣兩個以上的所述嵌入單元疊加形成多層嵌入結構包覆在所述碳材料A和碳材料C表面。

2.如權利要求1所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，所述碳材料A呈球形或類球形。

3.如權利要求1所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，所述殼還包括第四碳材料，所述第四碳材料為所述碳材料C和/或碳材料D，所述碳材料D為碳納米管和/或碳纖維。

4.如權利要求3所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，所述第四碳材料為碳材料C時，碳材料C嵌入所述第二碳材料中，所述碳材料D覆在所述第二碳材料外表面。

5.如權利要求1-4任一項所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，在所述殼中，所述碳材料B的質量占比為5％-95％。

6.如權利要求4或3所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，所述碳材料C的質量占比為0％-50％，所述碳材料D的質量占比為0％-50％。

7.如權利要求1-4任一項所述的核殼結構硅碳復合負極材料，其特征在于，以一個所述嵌入單元作為一層計，所述多層嵌入結構為2-10層。

8.一種核殼結構硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：

準備材料：制備或購買權利要求1所述的第一碳材料和第三碳材料、第二碳材料前驅體，所述第二碳材料前驅體選自瀝青、檸檬酸、酚醛樹脂、環氧樹脂、蔗糖、葡萄糖中的至少一種；

負極材料前驅體的制備：將所述第一碳材料作為核，所述第三碳材料和第二碳材料前驅體作為殼前驅體，通過噴霧干燥技術或固相捏合技術將所述核與殼前驅體復合在一起，制得具有核殼結構的硅碳復合負極材料前驅體；

負極材料的制備：將所述負極材料前驅體置于惰性氣體氣氛下進行高溫加熱處理，制得核殼結構硅碳復合負極材料，其中，加熱溫度由室溫升至500-1000℃后恒溫1-5小時，升溫速率為1-10℃/分鐘；

其中，在所述準備材料步驟中，所述第一碳材料和第三碳材料的納米碳和納米硅的嵌入方法是化學氣相沉積法，重復多次化學氣相沉積形成多層嵌入結構。

9.如權利要求8所述的核殼結構硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，在所述負極材料的制備步驟之后，通過化學氣相沉積方法將權利要求4所述碳材料D沉積在所述硅碳復合負極材料上。

10.如權利要求8所述的核殼結構硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述噴霧干燥技術，包括以下步驟：

(1)將所述核攪拌分散在溶劑A中，得到溶液Ⅰ，其中，所述溶劑A為有機溶劑或水，所述核的固含量為1-50％，攪拌速率為500-2000轉/分，攪拌時間為0.5-5小時；

將所述殼前驅體攪拌溶于溶劑B中，得到溶液Ⅱ，其中，所述溶劑B可以溶解所述殼前驅體，所述殼前驅體的固含量為1-50％，攪拌速率為500-2000轉/分，攪拌時間為0.5-5小時；

將所述溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合攪拌，得到混合溶液，其中，攪拌速率為500-2000轉/分，攪拌時間為0.5-5小時；

將所述混合溶液進行噴霧干燥，制得具有核殼結構的硅碳復合負極材料前驅體。

11.如權利要求8所述的核殼結構硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述固相捏合技術，包括以下步驟：

將所述核與所述殼前驅體混合，得到混合物；

將所述混合物放入捏合機真空環境或惰性氣氛環境中，其中，混合物物料的溫度為100-350℃，捏合機的螺桿轉速為5-50轉/分鐘，捏合時間為30-300分鐘，制得具有核殼結構的硅碳復合材料前驅體。