[發明專利]一種碳包覆的介孔硅基負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711316680.8
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108091848A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 李蒙;程興;邢偉偉;李小兵;陳小平;胡澤林;文一波
• 申請（專利權）人: 桑頓新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發明公開了一種碳包覆的介孔硅基負極材料及其制備方法，該介孔硅基負極材料是通過雙模板法將碳源直接包覆于硅源表面，通過焙燒制備而成。模板劑1和模板劑2不僅能夠起到支撐作用，而且能夠為硅基負極材料提供碳源。該工藝制備的碳包覆的介孔硅基負極材料不僅擁有硅材料高理論比容量的特性，還在一定程度上緩解其體積膨脹，同時用碳進行包覆可有效避免材料的團聚并緩沖膨脹，解決容量衰減迅速，導電性較差，高倍率下容量不能有效釋放及硅過度納米化易二次團聚成顆粒及其比表面積較大等缺陷，進而提高材料的導電性，提高首圈效率、改善電池的循環穩定性及倍率性能。

技術領域

本發明為一種鋰離子電池負極材料的制備技術領域，具體涉及一種碳包覆的介孔硅基負極材料及其制備方法。。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展及人們對環境問題的不斷重視，新能源汽車將很快在汽車行業落穩腳步。新能源汽車又以具有高能量功率密度、無記憶效應、循環壽命長、工作電壓平臺高等優點，而且污染小符合環保要求的鋰離子電池為驅動電源。目前新能源汽車存在續航里程短，安全性能較低，電池的循環壽命較短等缺陷，因此研發出能量密度高、穩定性能優異的動力鋰離子電池已成為當今關鍵。

正負極材料、電解液和隔膜的性能影響并制約著鋰離子電池性能的提高，其中負極材料起到關鍵作用。目前，已商業化石墨材料實際容量(365mAh/g)已經接近理論容量(372mAh/g)，但是仍然難以滿足動力電池高能量密度的要求。研究發現，硅是目前理論容量大的負極材料(～4200mAh/g)，且工作電壓低(<0.5V vs.Li/Li+)，最有希望成為下一代鋰離子電池的負極材料。但由于硅在充放電循環時體積變化較大及硅的導電性較差，導致可逆容量衰減迅速及高倍率下容量不能有效釋放。因此人們通過納米工藝對硅材料進行改進，在一定程度上緩解硅在循環過程中的膨脹，提高循環穩定性能。然而硅過度納米化易二次團聚成顆粒，比表面積較大，同時也會造成介孔結構的塌陷，均會嚴重影響電極容量、庫倫效率和循環穩定性；納米硅制備過程復雜、制作成本較高等這些缺陷均阻礙了納米硅材料的商業化應用。

為了解決納米硅材料的這些問題，人們通常將硅適度納米化和優化硅、碳復合方式，制備出結構穩定的硅基復合材料是提高鋰離子電池循環穩定性的有效方法。納米硅結構在一定程度上能夠緩解體積膨脹，與碳材料復合可有效避免材料的團聚并緩沖膨脹，同時提高材料的導電性，提高首圈效率、改善電池的循環穩定性及倍率性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳包覆的介孔硅基負極材料及其制備方法，解決上述背景中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種碳包覆的介孔硅基負極材料，通過雙模板法將碳包覆于硅表面，通過焙燒制備而成，所述介孔硅基負極材料中碳與硅的摩爾比為0.05～0.1:1，所述介孔硅基負極材料碳源包括模板劑1和模板劑2，兩種模板劑的摩爾比為10～18:1。

一種碳包覆的介孔硅基負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將模板劑1溶解于醇類有機溶劑中，在30～50℃的條件下攪拌2～5h轉入到聚四氟乙烯的不銹鋼內襯反應釜中，在90～140℃晶化2～6h，得到晶態混合溶液A；在25～60℃將模板劑2溶于鹽酸中，待其完全溶解后，加入硅源，繼續攪拌得到混合溶液B；將所述晶態混合溶液A在攪拌狀態下加入混合溶液B中，攪拌混合后，轉入到聚四氟乙烯內襯的不銹鋼水熱釜中，經晶化、過濾、洗滌、干燥，焙燒，焙燒溫度500～700℃，焙燒時間為5～7h，升溫速率為2～6℃/min，即得到所述介孔硅基負極材料。

作為本發明的進一步方案，所述模板劑1為十六烷基三甲基溴化銨、十八烷基二甲基芐基季銨氯化物中的一種或幾種。

作為本發明的進一步方案，所述醇類有機溶劑為甲醇、乙醇、正丙醇中的一種或幾種。