[發明專利]一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811203393.0
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109585801B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 周昊宸
• 申請（專利權）人: 湖南宸宇富基新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：所述復合負極材料為核殼結構，核為鑲嵌有硅顆粒的碳納米管團族，外殼為熱解碳；

所述復合負極材料包括下述組分按質量百分比組成：

硅 10~95 %，

熱解碳 5~80 %，

碳納米管 5~20 %，各組分質量百分之和為100%；

所述復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步：硅/碳納米管團族的制備

將硅顆粒、金屬催化劑、有機物混合均勻，保護性氣氛下負壓熱處理，熱處理溫度≤1200 ℃，制備鑲嵌有硅顆粒的金屬原位催化有機物定向生長的碳納米管網絡結構，得到硅/碳納米管團族；

第二步：復合負極材料的制備

將第一步得到的復合負極材料核加入碳源前驅體溶液中攪拌均勻，固液分離，固體于150℃以下干燥、研磨后進行1200 ℃以下的高溫碳化處理，得到碳包覆硅/碳納米管團族；然后，將碳包覆硅/碳納米管團族分散于鹽酸溶液中，使其中的金屬催化劑溶解，水洗至洗液達到中性，取固體干燥、烘干，得到碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料。

2.根據權利要求1所述的一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：

碳納米管團族為金屬原位催化有機物定向生長獲得的碳納米管網絡結構；外殼為碳源前驅體經熱解獲得的空心碳殼；所述有機物選自高分子材料聚丙烯、酚醛樹脂、聚氨酯中一種或者幾種；金屬催化劑選自過渡族金屬中的一種或幾種，或選自過渡族金屬的鹽、氧化物或合金。

3.根據權利要求2所述的一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：

所述硅顆粒均勻分散于碳納米管網絡中，一個碳殼中所包裹的碳納米管網絡中分散有至少一顆硅顆粒，硅顆粒的粒度為10 ~300 nm。

4.根據權利要求1所述的一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：所述第一步中，硅顆粒先進行表面改性后，與金屬催化劑、有機物混合均勻，制備硅/碳納米管團族；硅顆粒表面改性是將硅顆粒分散于含有表面改性劑的溶液中，超聲分散均勻并攪拌10 min~5 h；

含有表面改性劑的溶液的溶劑選自能夠分散硅顆粒的甲醇、乙醇、乙二醇、異丙醇、丙酮、水、甲苯、乙醚中的至少一種或選自可以改變硅顆粒表面親水性的無機酸中鹽酸、硝酸、氫氟酸中的一種或者多種；

表面改性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉中的一種；所述含有表面改性劑的溶液中表面改性劑的含量為硅顆粒質量的0.1~50 %；

硅顆粒與金屬催化劑、有機物采用球磨法混合均勻，或將金屬催化劑、有機物與硅顆粒分散于水、醇類、酮類中的一種或者幾種的混合液中，進行超聲分散后再將溶液蒸發后再行球磨；

所述硅顆粒與金屬催化劑的質量比為（100：0.5）~（100：20），硅顆粒與有機物的質量比為（1：0.5）~（1：5）；

硅顆粒的粒度為10 ~300 nm。

5.根據權利要求4所述的一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：所述第一步中，金屬催化劑選自過渡族金屬中的一種或幾種，或選自過渡族金屬的鹽、氧化物或合金；

所述有機物選自高分子材料聚丙烯、酚醛樹脂、聚氨酯、聚丙烯腈中一種或者幾種。

6.根據權利要求5所述的一種碳納米管填充硅/空心碳復合負極材料，其特征在于：負壓熱處理的壓力為500~10⁴帕，負壓熱處理的溫度為500~1200 ℃，負壓熱處理的保溫時間為0.5~4 h。