[發(fā)明專利]硅碳復合物的制備方法、硅碳復合物、負極材料及鋰離子電池

有效

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• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107768615B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 張偉闊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京藍電聚興新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京華進京聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發(fā)明提供一種硅碳復合物的制備方法，包括以下步驟：持續(xù)提供碳氫燃料和氧化劑至燃燒室，使碳氫燃料在所述燃燒室中形成燃燒火焰；持續(xù)提供前驅(qū)體至所述燃燒火焰，所述前驅(qū)體在所述燃燒火焰中不完全燃燒生成碳化產(chǎn)物分布在所述燃燒室中；持續(xù)提供硅粉至所述燃燒室，所述硅粉與分布在所述燃燒室中的所述碳化產(chǎn)物反應生成具有碳包覆層的硅碳復合物；所述碳氫燃料與所述氧化劑的當量比為0.7～1.2；所述前驅(qū)體為可碳化的有機高分子化合物；所述硅粉的粒徑為500nm～10μm。制備的硅碳復合物碳包覆層厚度均一性能好，顆粒形狀規(guī)則，制備速率快、產(chǎn)率高，能夠提高硅碳復合物的制備效率，有利于降低成本，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

技術領域

本發(fā)明涉及電池負極材料及其制備方法，特別是涉及一種硅碳復合物的制備方法、硅碳復合物、負極材料及鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池通常由正極、負極、電解液和隔膜組成，負極材料涂抹在銅箔上，正極材料涂抹在鋁箔上，它 們之間由隔膜隔開，使正負極絕緣。負極材料通常為石墨，它與少量的導電劑、粘結(jié)劑摻混在一起涂抹在銅箔上構(gòu)成鋰離子電池的負極。采用石墨作負極材料時，每摩爾碳最多可以嵌入1/6摩爾的鋰離子，因此其理論比容量為372mA.h/g。隨著鋰離子電池應用越來越廣泛，人們并不滿足于該理論容量，希望能使鋰離子電池容量進一步提高，高容量的負極材料是鋰離子電池容量提升的關鍵。硅與鋰離子結(jié)合有多種形式，一般有Li₇Si₃、 Li₁₂Si₇、Li₁₃Si₄和Li₁₅Si₄等幾種方式，這意味著每摩爾的硅最少可以嵌入1.7摩爾的鋰離子，最多可以嵌入3.75mol的鋰離子，因此采用硅作為負極材料其理論容量最少是石墨作為負極材料的10.2倍。但是鋰離子嵌入負極后，會使材料膨脹，石墨的膨脹率約為10％，而硅的膨脹率至少是155％，因此盡管理論上硅作為負極材料，其容量高，但其體積膨脹使得硅材料目前還難以在工業(yè)上作為負極材料應用，體積膨脹是高容量負極材料應用的致命問題。

利用碳包覆硅可以在一定程度上克服硅材料的體積膨脹，然而傳統(tǒng)的利用熱水浴法、共沉淀法、燒結(jié)法等制備方法制備的碳包覆硅材料或包覆厚度不均一影響使用性能，或產(chǎn)率低或制備速率低難以產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對傳統(tǒng)方法制備的碳包覆硅材料碳包覆層厚度不均一、難以產(chǎn)業(yè)化的問題，提供一種硅碳復合物的制備方法，制備的硅碳復合物用于鋰離子電池負極材料。

本發(fā)明提供的一種硅碳復合物的制備方法，其中，包括以下步驟：

提供碳氫燃料和氧化劑至燃燒室，使所述碳氫燃料在所述燃燒室中形成燃燒火焰；

提供前驅(qū)體至所述燃燒火焰，所述前驅(qū)體在所述燃燒火焰中不完全燃燒生成碳化產(chǎn)物分布在所述燃燒室中；以及

提供硅粉至所述燃燒室，所述硅粉與分布在所述燃燒室中的所述碳化產(chǎn)物反應生成具有碳包覆層的硅碳復合物；

其中，所述前驅(qū)體為可碳化的有機高分子化合物；

所述硅粉的粒徑為500nm～10μm。

在其中的一個實施例中，所述提供前驅(qū)體至所述燃燒火焰步驟包括：

將所述前驅(qū)體分散至分散介質(zhì)中制得前驅(qū)體分散體系；

將所述前驅(qū)體分散體系持續(xù)通入所述燃燒火焰中；

其中，所述分散介質(zhì)包括氣態(tài)分散介質(zhì)和/或液態(tài)分散介質(zhì)，所述分散介質(zhì)為惰性氣體或燃燒后生成二氧化碳和/或水的化合物。

在其中的一個實施例中，當所述分散介質(zhì)為液態(tài)分散介質(zhì)時，將所述前驅(qū)體分散體系霧化后持續(xù)通入所述燃燒火焰中。

在其中的一個實施例中，所述燃燒火焰的溫度為900K～2100K。