[發明專利]一種鋰電池海膽狀多孔碳微球負載硅負極材料及制備方法

在審

• 申請號: 201810336866.8
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108550812A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明提供了一種鋰電池海膽狀多孔碳微球負載硅負極材料及制備方法。先制得有機相包覆中間相碳微球，進行氧等離子體高溫處理，然后將氣源更換為氬氣，同時通入氣態硅源及蒸汽態催化劑，進行氬等離子體高溫處理，形成海膽結構，即可制得負載硅納米線的海膽狀碳微球負極材料。該方法通過有機相包覆中間相碳微球后等離子熱處理，最終形成海膽結構，使得納米線表面包覆材料和粘結劑不易脫落，性能穩定，同時制備中硅納米線的形成增加了碳微球之間的間隙，在晶須膨脹的同時不會導致宏觀體積膨脹，使得所得負極材料容量高，材料內部體積膨脹較小，在鋰電池領域的應用前景好。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及鋰電池負極材料的制備，特別是涉及一種鋰電池海膽狀多孔碳微球負載硅負極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池隨著電動汽車的發展一路走高，目前已經成為電動汽車動力的主要來源。其種類繁多，各具特色，在未來的較長時間都難以被其他動力所取代。鋰離子電池負極是由負極活性物質碳或非碳材料、添加劑和粘合劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側，經干燥、滾壓而成。鋰離子電池主要由正極、負極、電解液和隔膜構成。其中，鋰離子電池負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，負極材料的組成和結構對鋰離子電池的電化學性能具有決定性的影響。

鋰離子電池負極材料按照反應機理，可以分為三大類：第一類基于嵌入式反應機理利用嵌入式反應機理的材料，如石墨類；第二類基于合金化反應機理，比如研究得較多的錫基和硅基合金；第三類是異相反應機理，主要是過渡金屬氧化物。目前鋰離子電池負極材料大多為碳基和硅基，其中碳基材料循環過程中體積膨脹較小，但容量較低；硅基材料容量約為石墨的十倍，完全嵌鋰后體積膨脹接近3倍，限制了其在商業化中的應用。針對碳基于硅基復合的負極材料，研究人員進行了大量的工作，通過碳硅復合、結構改性等方式取得了許多的進步。目前的硅納米線生長大多通過掩模板在表層生長，形成SEI膜后納米線橫向體積膨脹容易形成裂紋，因此針對抑制負極體積膨脹的研究具有十分重要的實際意義。

中國發明專利申請號201710270869.1公開了一種硅碳負極材料，硅碳負極材料的顆粒直徑為1μm~200μm，硅碳負極材料為二次顆粒結構，二次顆粒由一次顆粒及電子傳導組分組成，電子傳導組分中包括石墨烯片層，一次顆粒與所述石墨烯片層均勻分散；石墨烯片層之間存在強鍵合力；即能夠構建具有柔韌性的導電網絡結構，將硅基材料固定在該網絡結構中，從而得到性能優良的硅碳負極材料。

中國發明專利申請號201710458128.6公開了一種鋰離子電池硅碳負極材料的制備方法，制備步驟如下：（1）包覆：采用氣相沉積法或熱包覆法或液相包覆法對硅粉進行碳包覆，得碳包覆的硅顆粒；（2）分散：將碳包覆后的硅顆粒均勻分散在瀝青中進行生長，得到內部均勻分散硅顆粒的碳微球；（3）碳化：將碳微球與其它碳材料通過VC高效混合機即得硅碳負極材料，此發明制得的硅碳材料，硅顆粒分布均勻，表面包覆完整，硅顆粒基本不與電解液接觸，而且碳微球可以很好的容納硅顆粒的體積膨脹，具有首次庫侖效率高、循環性能穩定、壓實密度高、電極結構穩定等優點。

中國發明專利申請號201710144436.1公開了一種棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料及制備方法和用途，制備方法是配制聚合物溶液，將聚合物溶液與棉絮狀單質硅納米線團均勻混合，再經過濾烘干、碳化、粉碎、過篩得到棉絮狀單質硅納米線團/碳復合負極材料，用于鋰電池的電池負極，優點是：生產無污染，有防爆炸的內應力釋放空間，可避免硅顆粒與電解液直接接觸，減緩容量衰減速度，提高首次充放電效率、充放電容量和循環性能。

中國發明專利申請號201611181142.8公開了一維硅碳負極材料及其制備方法，該硅碳負極材料主要由硅納米線、鈍化膜和高溫裂解碳組成。此發明針對單質硅的缺點，對硅進行納米化，采用一維硅納米線為硅源，在氧化性氣氛中在其表面形成一層鈍化膜，作為保護層，來抑制其體積膨脹。并以高溫裂解碳包覆，一方面可以作為包覆層保護硅納米線，避免其與電解液的直接接觸。另一方面，又可提高單質硅的電導率。此發明合成的硅碳復合材料作為鋰離子電池負極時，表現出了優異的電化學性能和良好的循環穩定性。