[發明專利]高硅含量碳硅夾心材料及其制備方法和在鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 201810830160.7
• 申請日: 2018-07-26
• 公開（公告）號: CN110767881A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: Y·胡;黃曦;Q·楊
• 申請（專利權）人: 納諾思能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 31334 上海段和段律師事務所
• 代理人: 陳少凌

1.一種高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述碳硅夾心材料具有多層緊密的夾心結構，主要由納米硅、石墨材料和非石墨導電碳層材料組成；所述石墨材料呈多層層狀結構，分隔并包圍所述納米硅，所述非石墨導電碳層材料粘結并包覆納米硅和石墨材料；所述碳硅夾心材料中納米硅的重量百分數為20～80％。

2.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述碳硅夾心材料的平均顆粒尺寸在1～60μm。

3.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述碳硅夾心材料中石墨材料的重量百分數為10～70％，非石墨導電碳層材料的重量百分數為5～50％。

4.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述碳硅夾心材料的比容量為750～2400mAh/g。

5.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述納米硅為硅納米線和/或納米顆粒；所述硅納米線直徑為20～500nm，長度為0.5～60μm；所述硅納米顆粒平均直徑為20～500nm。

6.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述石墨材料為片狀石墨、塊狀石墨或類球狀石墨；所述片狀石墨厚度尺寸為0.01～10μm，平面方向尺寸為1～40μm；所述塊狀石墨或類球狀石墨顆粒尺寸為0.01～40μm。

7.如權利要求1所述的高硅含量碳硅夾心材料，其特征在于，所述非石墨導電碳層材料包括裂解碳、碳納米管、石墨烯、碳纖維、導電炭黑中的一種或幾種的混合物。

8.一種如權利要求1～7中任一項所述的高硅含量碳硅夾心材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

S1、將納米硅、石墨材料和非石墨導電碳層材料混合；

S2、對混合物進行擠壓或碾壓，使石墨材料分隔并包圍納米硅形成緊密的多層疊加的夾心結構；

S3、在200～1200℃惰性氣氛下進行第一次燒結0.1～2h；燒結后的混合物粉碎，得到1-60μm的具有石墨、硅夾心結構的前驅體顆粒，即碳硅夾心材料前驅體；

S4、將所述碳硅夾心材料前驅體與非石墨導電碳層材料混合均勻，在800～1200℃惰性氣氛下第二次燒結0.1～2h；燒結物破碎，得到平均顆粒尺寸為1-60μm的碳硅夾心材料顆粒。

9.如權利要求8所述的高硅含量碳硅夾心材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中，以占所述納米硅、石墨材料和非石墨導電碳層材料的總重的質量百分比含量計，所述納米硅、石墨材料和非石墨導電碳層材料的用量分別為20～80％，10～70％，5～70％；步驟S4中，以占所述碳硅夾心材料前驅體與非石墨導電碳層材料的總重的質量百分比含量計，所述碳硅夾心材料前驅體與非石墨導電碳層材料的用量分別為60～98％，2～40％。

10.如權利要求8所述的高硅含量碳硅夾心材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，所述擠壓或碾壓是在室溫下進行，壓強為1～60ton/cm²，壓制密度為1.1～2.0g/cm³。

11.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的負極含有如權利要求1～7中任一項所述的高硅含量碳硅夾心材料。

12.如權利要求11所述的鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池的負極活性材料為所述高硅含量碳硅夾心材料，其比容量為750～2400mAh/g；所述鋰離子電池的負極活性材料為所述高硅含量碳硅夾心材料和商業石墨負極材料的混合物，其比容量為400～1200mAh/g。