[發明專利]一種硅碳復合材料及其制法

在審

• 申請號: 201910069128.6
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109802120A
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 晏犖;鄭安華;仰永軍
• 申請（專利權）人: 廣東凱金新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 深圳市智圈知識產權代理事務所(普通合伙) 44351
• 代理人: 韓紹君

1.一種硅碳復合材料，其特征在于，該硅碳復合材料為類似火龍果結構的復合材料，包括基體核心、硅碳復合外殼和包覆層，所述的硅碳復合外殼是由若干納米硅顆粒均勻彌散式分散在導電碳中而形成，納米硅顆粒由硅源高溫裂解形成，所述的導電碳由有機碳源高溫裂解形成，所述的包覆層為碳包覆層，碳包覆層至少為一層，單層厚度為0.2-3μm。

2.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述的硅碳復合材料的粒度D50為2-20μm，比表面積為1-30m²/g，真密度為1-3g/cm³，所述的硅碳復合材料的基體核心的粒度D50為2-18μm。

3.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述的基體核心為納米硅或納米氧化亞硅或納米導電碳材料中任一種或兩種，納米硅為晶粒大小為1-40nm的單晶納米硅、晶粒大小為1-40nm的多晶納米硅或非晶納米硅中任一種或多種，納米硅粒度D50為5-300nm，納米氧化亞硅SiOx中X為0.8-1.5，納米導電碳材料為導電炭黑、碳納米管和石墨烯中的任一種。

4.如權利要求3所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述的單晶納米硅是采用化學氣相沉積法在鍍金硅片上制備而成的單晶納米硅絲。

5.如權利要求3所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述的納米導電碳材料石墨烯是負載非晶態碳的石墨烯復合材料。

6.如權利要求5所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述的負載非晶態碳的石墨烯復合材料的制法采用以單片層均勻分散的氧化石墨烯溶液與非晶態碳混合，室溫攪拌，干燥之后，在惰性氣體氛圍下進行預熱處理、冷卻后置于還原氣氛下進行還原反應，冷卻即得。

7.一種權利要求1-6任一所述硅碳復合材料的制法，其特征在于，包括下列步驟：

S1：將基體核心置于CVD爐中，在保護氣氛下，以1～15℃/min升溫至400～1200℃同步氣相沉積納米硅顆粒和導電碳，保溫0.5～20h，自然冷卻，得到硅碳復合材料前驅體；

S2：將硅碳復合材料前驅體進行碳包覆，即得硅碳復合材料；其中，同步氣相沉積納米硅顆粒和導電碳是通過按一定比例以0.5～20.0L/min速率同時通入或交替通入有機碳源和硅源而形成的；所述的硅源為SiH₄、SiHCl₃、Si2H₆、Si₃H₈、SiCl₄、Si₂Cl₆、SiH₂Cl或SiH₃Cl中的一種或幾種。

8.如權利要求7所述的硅碳復合材料的制法，其特征在于，所述的碳包覆為高溫裂解碳包覆或氣相碳包覆或液相碳包覆中的任一種，其中所述高溫裂解包覆采用一次碳包覆或者二次碳包覆，采用二次碳包覆時，第二次碳包覆的包覆量按質量計為第一次碳包覆的包覆量的0.1～10倍，包覆層的厚度為10～2000nm。

9.如權利要求8所述的硅碳復合材料的制法，其特征在于，所述的液相碳包覆的過程包括：將有機物碳源、待包覆物與溶劑利用高速分散機混合分散均勻，形成漿料，對漿料進行噴霧干燥，再進行熱處理，在氣氛爐中通入高純保護性氣體，以≦10℃的升溫速率升溫至400～1200℃進行燒結，保溫0.5～10h，自然冷卻至室溫，得到液相包覆產物；所述有機物碳源裂解碳的質量占有機物碳源裂解碳與待包覆物生成復合材料的總質量的1～99wt％；所述溶劑的添加量為調節控制漿料的固含量為5～50％。

10.如權利要求8所述硅碳復合材料的制法，其特征在于，所述的氣相碳包覆的過程包括：將待包覆物置于CVD爐中，通入保護性氣體，以1～15℃/min升溫至500～1200℃，以0.5～20.0L/min通入速率通入有機碳源氣體，保溫0.5～20h，自然冷卻至室溫，得到氣相包覆產物。