[發明專利]碳復合材料及其制備方法及電池

有效

• 申請號: 201610254924.3
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105680026B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 相江峰;郝三存
• 申請（專利權）人: 蘇州協鑫集成科技工業應用研究院有限公司;協鑫集成科技（蘇州）有限公司;協鑫集成科技股份有限公司;蘇州協鑫集成儲能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 張鳳

本發明涉及電池領域，具體公開了一種碳復合材料，其包括內核、包覆在內核外的中間層、以及包覆在中間層外的外層；內核為石墨，中間層為硅基材料或錫基材料，外層為多孔碳。上述碳復合材料，硅基材料或錫基材料位于石墨和多孔碳之間，從而可抑制材料粉化；多孔碳預留了足夠的空間，可緩沖硅基材料或錫基材料自身膨脹產生的周期性應力，也避免了粉化；故而本發明具有良好的循環性能。另，外層的多孔碳可以有效的阻止硅基材料或錫基材料直接與電解液接觸，降低了不可逆容量，同時多孔碳提升碳復合材料的導電性能；并且多孔碳由于其多孔性，還有利于鋰離子的脫嵌。本發明還公開了一種碳復合材料的制備方法及電池。

技術領域

本發明涉及電池領域，特別是涉及一種碳復合材料及其制備方法及電池。

背景技術

與傳統地石墨負極材料相比，硅具有超高的理論比容量(4200mAh/g)和較低的脫鋰電位(＜0.5V)，且硅的電壓平臺略高于石墨，在充電時不容易發生表面析鋰行為，安全性能更好，因此成為電池的負極材料新的研究方向。

但是，由于硅是半導體材料，作為電池負極材料時，自身電導率較低，鋰離子在充放電過程中的嵌入和脫出會使硅體積發生300％以上的膨脹和收縮，會使粉體材料結構逐漸坍塌，最終導致電極活性物質與集流體脫離，導致電池循環性能大大降低。

為改善硅材料的循環性能，提高循環穩定性，同時提高硅材料的導電性。通常將硅材料與碳材料復合化，因為碳材料具有較高的電子電導率和離子電導率，可顯著改善硅基材料的倍率性能，抑制硅在循環過程中的體積效應以及改善硅基材料的導電性能。

但是，傳統的復合材料的循環性能還有待提高。

發明內容

基于此，有必要針對現有的復合材料循環性能差的問題，提供一種循環性能高的碳復合材料。

一種碳復合材料，包括內核、包覆在所述內核外的中間層、以及包覆在所述中間層外的外層；所述內核為石墨，所述中間層為硅基材料或錫基材料，所述外層為多孔碳。

上述碳復合材料，硅基材料或錫基材料位于石墨和多孔碳之間，從而可以有效抑制硅基材料或錫基材料粉化；并且由于多孔碳的多孔性，其預留了足夠的空間，緩沖硅基材料或錫基材料在循環過程中的自身膨脹產生的周期性應力，從而也避免了硅基材料或錫基材料粉化、塌陷，提高結構穩定性；故而本發明的碳復合材料具有良好的循環性能。另外，多孔碳位于碳復合材料的外層，可以有效的阻止硅基材料或錫基材料直接與電解液接觸而發生氧化還原反應，有效降低了不可逆容量。其次，多孔碳具有良好的導電性能，從而可以有效提升碳復合材料的導電性能；并且多孔碳由于其多孔性，還有利于鋰離子的脫嵌。

在其中一個實施例中，所述硅基材料為納米硅纖維；所述錫基材料為納米錫纖維。

在其中一個實施例中，所述石墨的平均粒徑為5～40μm。

在其中一個實施例中，所述中間層的厚度為20～100nm。

在其中一個實施例中，所述外層的厚度為100～500nm。

在其中一個實施例中，所述碳復合材料的平均粒徑為5～50μm。

在其中一個實施例中，以所述碳復合材料的質量為基準，所述石墨占 85～98wt％，所述中間層占1～10wt％，所述多孔碳占1～5wt％。

本發明還提供了一種上述碳復合材料的制備方法。

一種碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：

將硅基材料或錫基材料包覆到石墨粒子上，得到第一核殼材料；

將所述第一核殼材料與碳前驅體均勻分散于分散劑中，在160～180℃溫度下，在0.15MPa～0.3MPa的壓力下，反應3～6h，得到碳復合材料。