[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810873056.6
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109004203B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 萬水田
• 申請（專利權）人: 內蒙古三信實業有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 張兵兵

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池材料技術領域。本發明的硅碳復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：將硅烷偶聯劑、多孔碳材料在有機溶劑中混合均勻后噴霧干燥，制得改性多孔碳材料；將改性多孔碳材料在硅烷氣體存在條件下，1000?1200℃保溫1?6h；然后降溫至600?800℃，在氣體摻雜劑存在下，保溫1?6h，制得硅碳材料；所述氣體摻雜劑為NH₃、N₂O、NO、N₂O₄中的一種或幾種的組合；將硅碳材料在碳源氣體存在條件下，700?900℃保溫1?12h，即得。本發明制備出的硅碳復合負極材料具有比容量高、導電性強、循環性能好的特點，能夠應用于高比能量密度的鋰離子電池。

技術領域

本發明涉及一種硅碳復合負極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池材料技術領域。

背景技術

根據國家新能源車發展規劃，新能源車產業對鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。對于鋰離子電池來說，負極材料是其重要組成部分，也是影響電池能量密度的重要因素。目前市場化的負極材料主要以石墨類材料為主，但是石墨類材料的克容量偏低限制了鋰離子電池能量密度的提高。而硅負極材料以其克容量高、資源豐富等優點而受到研究者的重視，并應用于高比能量密度鋰離子電池等領域。但是，硅負極材料膨脹率高、導電性差成為制約其廣泛應用的因素。

目前降低硅材料的膨脹措施主要方法有：1)在納米硅材料表面包覆碳材料，提高其導電性和降低其材料膨脹率；2)制備出孔狀模板，并將硅材料嵌入孔洞中，降低其膨脹率；或者制備多孔硅材料，降低其膨脹；3)包覆膨脹率低、導電性強的材料，比如石墨烯、碳納米管等材料，以降低硅材料的膨脹率并提高其導電性。但是，上述方案雖然對硅碳負極材料的膨脹有一定的改善，但是效果不明顯，比如包覆不均勻且包覆層厚度較厚、納米硅容易自身團聚造成其均一性差、包覆層物質導電性較差等，導致硅碳復合材料的比容量不能完全發揮出來，同時循環性能和倍率性能較差，使其難以市場化推廣。

如申請公布號為CN107275590A的中國發明專利公開了一種多孔硅碳復合材料及其制備方法，該材料是先由鐵硅合金經過機械球磨和酸刻蝕得到多孔硅，并與有機碳源混合通過噴霧造球、高溫碳化得到。雖然該材料在容量、首次效率及其循環性能有一定的改善，但是在材料的膨脹率仍然偏高，電子導電性偏差，且炭包覆層厚度較厚，影響其材料的能量密度發揮。

申請公布號為CN105355849A中國發明專利公開了一種鋰電池負極添加劑，該負極添加劑呈核殼結構，內核由納米硅粉、鋰粉復合物、空心碳球組成，外殼主要由碳納米管、表面活性劑、摻雜劑組成，在制備時，其先將納米硅粉、鋰粉復合物、空心碳球混合均勻得混合物A，將碳納米管、表面活性劑加入溶劑中混合均勻得混合物B，然后將混合物A和混合物B混合均勻后在300-500℃下熱處理0.5-5h，再加入摻雜劑氯化鈉或氟化鈉后混勻，在600-1000℃下碳化處理1-10h。該材料中摻雜了較多的其他成分，導致硅材料的比容量發揮受到限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硅碳復合負極材料的制備方法，以提高硅碳材料的比容量。

本發明的目的還在于提供一種上述方法制得的硅碳復合負極材料。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種硅碳復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將硅烷偶聯劑、多孔碳材料在有機溶劑中混合均勻后噴霧干燥，制得改性多孔碳材料；

2)將改性多孔碳材料在硅烷氣體存在條件下，1000-1200℃保溫1-6h；然后降溫至600-800℃，在氣體摻雜劑存在下，保溫1-6h，制得硅碳材料；所述氣體摻雜劑為NH₃、N₂O、NO、N₂O₄中的一種或幾種的組合；