[發(fā)明專利]硅碳負(fù)極材料及其制備方法、應(yīng)用和制得的鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811645979.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN111384380B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬飛;劉冬冬;沈龍;丁曉陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦;劉奉麗

本發(fā)明公開了一種硅碳負(fù)極材料及其制備方法、應(yīng)用和制得的鋰離子電池。該制備方法包括以下步驟：將中值粒徑為1～10μm的氧化亞硅與氣態(tài)碳源進(jìn)行氣相沉積反應(yīng)；通入混合氣體其他進(jìn)行氧化反應(yīng)后，在惰性氣氛的條件下冷卻即得硅碳負(fù)極材料；混合氣體包含氧化性氣體，氧化性氣體占所述混合氣體的體積比為1～90％；硅碳負(fù)極材料中的碳含量為1～10wt％。本發(fā)明的硅碳負(fù)極材料表面具有良好的孔徑分布和均勻的表面碳層；利用本發(fā)明的硅碳負(fù)極材料制備得到的鋰離子電池在保持高容量的同時(shí)，其嵌鋰倍率性能、低溫嵌鋰脫鋰性能均有所提高；本發(fā)明的制備方法的成本低、工藝過程簡(jiǎn)單、易于量產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種硅碳負(fù)極材料及其制備方法、應(yīng)用和制得的鋰離子電池。

背景技術(shù)

近年來，新能源汽車的市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大，為了適應(yīng)不同的環(huán)境和快速充電的需要，開發(fā)高容量同時(shí)能滿足一定的倍率、低溫性能的負(fù)極材料具有急迫的市場(chǎng)需求。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN 108807952A公布了一種鋰離子電池納米氧化亞硅/氧化亞鐵復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，將納米硅、納米氧化亞硅、納米氧化亞鐵混合后其通過化學(xué)氣相沉積表面包覆混合，然后進(jìn)行球磨得到納米級(jí)碳化復(fù)合材料，再將復(fù)合材料加入去離子水后得到懸浮液-噴霧干燥造粒-球磨獲得最終材料。其設(shè)計(jì)目的是為了讓材料兼具硅、氧化亞硅的容量和循環(huán)特征，但首先納米化的成本較高、制備步驟復(fù)雜，且碳包覆后經(jīng)過球磨表面有部分破壞，難以滿足鋰離子電池高倍率和低溫充放電的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池的負(fù)極材料嵌鋰倍率性能低、低溫放電性能低、碳包覆后材料表面有破壞、成本高、制備步驟復(fù)雜的缺陷，提供了一種硅碳負(fù)極材料及其制備方法、應(yīng)用和制得的鋰離子電池。本發(fā)明所述硅碳負(fù)極材料表面具有良好的孔徑分布和均勻的表面碳層；利用本發(fā)明所述硅碳負(fù)極材料制備得到的鋰離子電池在保持高容量的同時(shí)，其嵌鋰倍率性能、低溫嵌鋰脫鋰性能均有所提高；本發(fā)明所述制備方法的成本低、工藝過程簡(jiǎn)單、易于量產(chǎn)。

本發(fā)明人經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)意外地發(fā)現(xiàn)，以特定規(guī)格的氧化亞硅為前驅(qū)體，先采用碳源進(jìn)行氣相沉積包覆，將包覆劑表面碳層的熱處理重組、氧化過程協(xié)同進(jìn)行，所得硅碳負(fù)極材料的低溫性能和倍率性能有所改善，并且所得材料的表面孔徑結(jié)構(gòu)也得到了改善。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種硅碳負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將中值粒徑為1～10μm的氧化亞硅與氣態(tài)碳源進(jìn)行氣相沉積反應(yīng)；

(2)通入混合氣體其他進(jìn)行氧化反應(yīng)后，在惰性氣氛的條件下冷卻；所述混合氣體包含氧化性氣體，所述氧化性氣體占所述混合氣體的體積比為1～90％；

所述硅碳負(fù)極材料中的碳含量為1～10wt％，所述硅碳負(fù)極材料的碳含量為所述氣態(tài)碳源的碳含量與總質(zhì)量之比，所述總質(zhì)量為所述氣態(tài)碳源的碳含量與所述氧化亞硅的質(zhì)量之和，所述氣態(tài)碳源的碳含量為氣態(tài)碳源的分子量、所述氣態(tài)碳源的流量、所述氣相沉積反應(yīng)的時(shí)間與所述氣態(tài)碳源的殘?zhí)恐档某朔e。

步驟(1)中，所述氧化亞硅的中值粒徑較佳地為3～10μm，優(yōu)選5μm或者8μm。本發(fā)明中，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化亞硅的中值粒徑高于10μm時(shí)會(huì)出現(xiàn)惡化現(xiàn)象。

步驟(1)中，所述氧化亞硅的純度一般大于99.9％。

步驟(1)中，所述氧化亞硅可為本領(lǐng)域常規(guī)的氧化亞硅，例如具有無定形結(jié)構(gòu)的氧化亞硅。

步驟(1)中，所述氧化亞硅較佳地為經(jīng)粉碎得到，所述粉碎的方式優(yōu)選為球磨粉碎和/或氣流粉碎。