[發(fā)明專利]一種碳?硅復(fù)合材料、其制備方法及用途

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710233263.0
• 申請(qǐng)日: 2017-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN106848268A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔一鳴;任建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種碳-硅復(fù)合材料，其特征在于，所述碳-硅復(fù)合材料包括碳基底、催化劑以及附著在碳基底上的納米級(jí)的硅顆粒和/或硅薄膜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳-硅復(fù)合材料，其特征在于，所述碳基底為無(wú)機(jī)碳材料，優(yōu)選為天然球形石墨、天然鱗片石墨、人造石墨、軟碳、硬碳、中間相碳微球、石墨烯、導(dǎo)電石墨或碳納米管中的任意一種或至少兩種的組合；

優(yōu)選地，所述催化劑為過(guò)渡金屬單質(zhì)和/或過(guò)渡金屬化合物；

優(yōu)選地，所述催化劑為氯化鐵、氯化亞鐵、氯化銅、氯化鎳、硝酸鐵、硝酸鎳、硝酸銅、醋酸鐵、醋酸銅、醋酸鎳、鐵單質(zhì)、銅單質(zhì)或鎳單質(zhì)中的任意一種或至少兩種的組合；

優(yōu)選地，所述硅顆粒的直徑為1nm～200nm，優(yōu)選為1nm～50nm；

優(yōu)選地，所述硅薄膜的厚度為1nm～200nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳-硅復(fù)合材料，其特征在于，以所述碳-硅復(fù)合材料的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述納米級(jí)的硅顆粒和/或硅薄膜的質(zhì)量百分含量為1％～80％。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳-硅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

(1)配制有機(jī)添加劑和催化劑的分散液；

(2)將碳基底和步驟(1)的分散液混合后烘干；

(3)將步驟(2)的產(chǎn)物投入到化學(xué)氣相沉積CVD反應(yīng)爐中，在保護(hù)性氣體的保護(hù)下升溫，升溫至反應(yīng)溫度后通入硅源，反應(yīng)，得到碳-硅復(fù)合材料；

優(yōu)選地，所述反應(yīng)爐為回轉(zhuǎn)式CVD反應(yīng)爐。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(1)所述有機(jī)添加劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙炔、葡萄糖、蔗糖、海藻酸、海藻酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、羧甲基纖維素、羰丙基纖維素、殼聚糖、淀粉或明膠中的任意一種或至少兩種的混合物；

優(yōu)選地，步驟(1)所述有機(jī)添加劑和催化劑的分散液中，有機(jī)添加劑和催化劑的質(zhì)量比為1:10～2:1；

優(yōu)選地，步驟(2)所述碳基底和步驟(1)的分散液中的催化劑的質(zhì)量比為3:1～10:1；

優(yōu)選地，所述方法還包括在步驟(2)之后步驟(3)之前對(duì)烘干得到的產(chǎn)物進(jìn)行粉碎得到粉末的步驟。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，步驟(3)所述CVD反應(yīng)爐為雙氣路或單氣路中的任意一種；

優(yōu)選地，步驟(3)所述保護(hù)性氣體為非氧化性氣體，優(yōu)選為氮?dú)狻鍤?、氫氣、氫氬混合氣中的任意一種；

優(yōu)選地，步驟(3)所述保護(hù)性氣體的通入速度為5sccm～100sccm；

優(yōu)選地，步驟(3)所述硅源為硅基化合物，優(yōu)選為硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、硅氯仿、硅乙烷或一氯硅乙烷中的任意一種或至少兩種的混合物；

優(yōu)選地，步驟(3)所述硅源的通入速度為0.2L/min～10L/min；

優(yōu)選地，步驟(3)所述硅源的濃度為1v％～80v％；

優(yōu)選地，步驟(3)所述反應(yīng)溫度為250℃～800℃；

優(yōu)選地，步驟(3)所述反應(yīng)的過(guò)程中，回轉(zhuǎn)式CVD反應(yīng)爐的工作轉(zhuǎn)速為1r/min～10r/min；

優(yōu)選地，步驟(3)所述反應(yīng)的時(shí)間為0.5h～6h，優(yōu)選為3h。

7.一種包覆型碳硅復(fù)合材料，其特征在于，所述包覆型碳硅復(fù)合材料是對(duì)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳-硅復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆并燒結(jié)得到的；

優(yōu)選地，所述包覆型碳硅復(fù)合材料中，硅的質(zhì)量百分含量為1％～80％，碳的質(zhì)量百分含量為20％～99％；

優(yōu)選地，所述碳包覆采用的方法包括化學(xué)氣相沉積、碳源固相混合或碳源液相混合中的任意一種。

8.一種堆積型碳硅復(fù)合材料，其特征在于，所述堆積型碳硅復(fù)合材料是采用權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳-硅復(fù)合材料進(jìn)行二次造粒并燒結(jié)得到的；

優(yōu)選地，所述堆積型碳硅復(fù)合材料中，硅的質(zhì)量百分含量為1％～80％，碳的質(zhì)量百分含量為20％～99％；

優(yōu)選地，所述二次造粒采用的方法包括VC加熱、融合球化、噴霧干燥或液壓機(jī)壓片中的任意一種。

9.一種負(fù)極，其特征在于，所述負(fù)極包含權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的碳-硅復(fù)合材料、權(quán)利要求7所述的包覆型碳硅復(fù)合材料或權(quán)利要求8所述的堆積型碳硅復(fù)合材料中的任意一種或至少兩種的組合。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包含權(quán)利要求8所述的負(fù)極。