[發(fā)明專利]一種碳硅復合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610154348.5
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN107204438B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 李祥龍;張興豪;智林杰
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯瀟瀟

1.一種鋰離子電池電極，其特征在于，所述鋰離子電池電極為采用如下方法制備的碳硅復合材料，所述方法包括以下步驟：

(1)將硅納米材料、碳納米材料及粘結劑分散于溶劑中形成漿料，制備得到碳硅復合宏觀體；

(2)將步驟(1)得到的碳硅復合宏觀體在非氧化氣氛下進行熱處理，制得所述碳硅復合材料；通過熱處理使得復合宏觀體中碳納米材料和部分粘結劑轉化的碳共價連接；

所述碳納米材料為碳納米管、石墨烯、石墨烯氧化物、還原的石墨烯氧化物、碳纖維、細菌纖維素衍生的碳纖維或細菌纖維素衍生的碳纖毛中的任意一種或至少兩種的組合；

所述碳硅復合材料具有共價碳網(wǎng)絡結構，硅納米材料包埋于此共價碳網(wǎng)絡結構中。

2.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料由硅灰轉化而來。

3.根據(jù)權利要求2所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料由工業(yè)冶煉金屬硅、鐵硅合金過程中所產(chǎn)生的硅灰轉化而來。

4.根據(jù)權利要求3所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料為工業(yè)冶煉金屬硅、鐵硅合金過程中所產(chǎn)生的顆粒尺寸小于1000nm的含硅顆粒和/或粒子和/或粉塵。

5.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述粘結劑為海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、丙烯酸樹脂、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基殼聚糖、聚酰胺酰亞胺或丁苯橡膠中的任意一種或至少兩種的組合。

6.根據(jù)權利要求5所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述粘結劑為水性粘結劑。

7.根據(jù)權利要求6所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述粘結劑為海藻酸鈉。

8.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述溶劑為水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、乙二醇、甲醇、丙醇、異丙醇、丙酮、甲苯、四氯化碳、二甲苯、對二甲苯、苯、環(huán)己烷、乙腈、乙酸或乙酸乙酯中的任意一種或至少兩種的組合。

9.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料和碳納米材料的總質量占硅納米材料、碳納米材料和粘結劑三者總質量的0.1-99％。

10.根據(jù)權利要求9所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料和碳納米材料的總質量占硅納米材料、碳納米材料和粘結劑三者總質量的10-90％。

11.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料和碳納米材料的質量比為1:9-9:1。

12.根據(jù)權利要求11所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述硅納米材料和碳納米材料的質量比為1:5-5:1。

13.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述碳硅復合宏觀體是由硅納米材料、碳納米材料和粘結劑形成的漿料經(jīng)物理方法制得。

14.根據(jù)權利要求13所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述物理方法為刮涂、旋涂、噴涂、滴涂、和/或3D打印。

15.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述碳硅復合宏觀體的形態(tài)為一維線狀、二維膜狀和/或三維塊狀。

16.根據(jù)權利要求1所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述非氧化氣氛為由氮氣、氦氣、氖氣、氬氣或氫氣中的一種或至少兩種氣體形成的氣氛。

17.根據(jù)權利要求16所述的鋰離子電池電極，其特征在于，所述非氧化氣氛為氬氣和/或氫氣氣氛。