[發明專利]一種高容量硅碳負極活性材料及其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201811158109.2
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109301215B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 楊時峰;張大鵬;曹國林;劉萬;田占元;鄧增社
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種高容量硅碳負極活性材料，其特征在于：比容量為800～1500mAh/g，由硅碳材料與石墨類材料混合而成，其中，硅碳材料由納米硅、鱗片石墨、碳納米管和碳源經過球磨、噴霧干燥和熱處理工藝制備得到微球狀顆粒，其中納米硅分散于鱗片石墨表面，碳納米管穿插于碳納米管和鱗片石墨形成的孔隙中，碳源的熱解碳包覆于納米硅表面、以及納米硅、鱗片石墨和碳納米管形成的球狀顆粒的表面及孔隙中；所述硅碳材料占高容量硅碳負極活性材料總質量的25％～80％；所述硅碳材料中，納米硅的質量分數為40％～70％，鱗片石墨的質量分數為5％～25％，碳納米管的質量分數為5％～10％，碳源熱解碳的質量分數為15％～40％；所述納米硅中值粒徑為50～150nm；鱗片石墨長度為5～20um，厚度為5～60nm；碳納米管直徑為5～50nm，長度為20～100um。

2.根據權利要求1所述的高容量硅碳負極活性材料，其特征在于：所述硅碳材料占高容量硅碳負極活性材料總質量的40％～60％。

3.根據權利要求1所述的高容量硅碳負極活性材料，其特征在于：石墨類材料為人造石墨、中間相碳微球、石墨烯、碳纖維、碳納米管中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的高容量硅碳負極活性材料，其特征在于：碳源為檸檬酸、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉、糊精、聚苯胺、瀝青、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酰亞胺、聚乙烯醇縮丁醛中的至少一種。

5.一種制備權利要求1所述高容量硅碳負極活性材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、將納米硅、鱗片石墨、碳納米管和碳源以及表面活性劑分散在溶劑中進行球磨得到漿料，球磨轉速為300～2000rpm，球磨時間為0.3～5.0h；

S2、將球磨后的漿料稀釋至固含量為10％～40％，超聲30min；后攪拌0.5～5h，轉速500～2000rpm；

S3、將步驟S2得到的產物進行噴霧造粒，入口溫度為150～250℃，出口溫度為70～120℃；

S4、將步驟S3得到的噴霧產物置于氮氣氣氛的管式爐中進行熱處理，溫度為500～900℃，時間為3～8h，得到硅碳材料；

S5：將硅碳材料與石墨類材料按照一定質量比進行均勻混合，得到800～1800mAh/g的高容量硅碳負極活性材料。

6.根據權利要求5所述一種高容量硅碳負極活性材料的制備方法，其特征在于：

步驟S1中的溶劑為去離子水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、乙二醇中的至少一種；

步驟S1中納米硅與表面活性劑的質量比為100：(3～20)，表面活性劑可為聚乙二醇、六偏磷酸鈉、三乙基己基磷酸鈉、曲拉通、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、聚丙烯酰胺、十六烷基三甲基溴化銨、硅烷偶聯劑中的至少一種。

7.一種權利要求1所述的高容量硅碳負極活性材料的應用，其特征在于：將該活性材料與導電劑、粘結劑進行均勻混合，涂布或沉積于銅箔、泡沫鎳、泡沫銅或碳纖維紙上用作鋰離子電池負極。

8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于：所述導電劑為導電炭黑、導電石墨、碳納米管、碳纖維和石墨烯中的至少一種；所述粘結劑為丁苯橡膠、羥甲基纖維素鈉、瓜爾豆膠、海藻酸鈉、聚丙烯酸、羧甲基殼聚糖、聚丙烯腈、聚乙烯醇中的至少一種。