[發明專利]一種鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料的及其制備方法

有效

• 申請號: 202010084393.4
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111146430B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 胡亮;張少波;俞有康;張志權
• 申請（專利權）人: 馬鞍山科達普銳能源科技有限公司;安徽科達鉑銳能源科技有限公司;安徽科達新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 魯延生

1.一種鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料為多孔核殼結構，內核由納米硅和多孔碳均相復合形成，外殼是有機裂解碳源形成的碳包覆；

所述納米硅的粒徑為50～300nm；

所述多孔碳的孔隙率＞40％；

所述碳包覆層的厚度為0.1～10μm；

所述多孔核殼結構硅碳負極材料的制備方法包括如下步驟：

(1)納米硅漿料的制備：將硅粉原料和分散劑加入到有機溶劑中，混合均勻后，導入高能球磨機中，經氮氣或惰性氣體保護，研磨5～100h，得到納米硅漿料；

(2)多孔碳的制備：將碳前驅體置于馬弗爐中，通入適當比例的氮氧混合氣體，升溫至700～1000℃，控制碳前驅體燃燒程度，得到多孔碳；所述碳前驅體為蔗糖、淀粉、葡萄糖或褐煤；氮氧混合氣體中，氧氣體積比是20～80％；

(3)漿料復合和均相分散：將步驟(2)中所得多孔碳加入到步驟(1)的納米硅漿料中，超聲振蕩，再利用高速分散機將復合漿料均相分散；

(4)霧化干燥：將步驟(3)中的復合漿料通過噴霧干燥，得到前驅體；

(5)碳包覆：將步驟(4)中得到的前驅體與碳源進行均相復合，通入氮氣或惰性氣體保護，高溫燒結后，得到多孔核殼結構硅碳負極材料。

2.如權利要求1所述的鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料，其特征在于，所述納米硅的粒徑為50～100nm；碳包覆層的厚度為5～10μm。

3.如權利要求1所述的鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料，其特征在于，所述多孔核殼結構硅碳負極材料中含有30wt％～60wt％的納米硅，30wt％～45wt％的多孔碳，5wt％～30wt％的碳包覆層。

4.如權利要求1所述的鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料，其特征在于，所述負極材料的中值粒徑為10～20μm；所述負極材料的比表面積為3～5m²/g；所述負極材料的粉體壓實密度為1.4～1.6g/cm³。

5.一種如權利要求1-4任一項所述鋰離子電池用多孔核殼結構硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)納米硅漿料的制備：將硅粉原料和分散劑加入到有機溶劑中，混合均勻后，導入高能球磨機中，經氮氣或惰性氣體保護，研磨5～100h，得到納米硅漿料；

(2)多孔碳的制備：將碳前驅體置于馬弗爐中，通入適當比例的氮氧混合氣體，升溫至700～1000℃，控制碳前驅體燃燒程度，得到多孔碳；所述碳前驅體為蔗糖、淀粉、葡萄糖或褐煤；氮氧混合氣體中，氧氣體積比是20～80％；

(3)漿料復合和均相分散：將步驟(2)中所得多孔碳加入到步驟(1)的納米硅漿料中，超聲振蕩，再利用高速分散機將復合漿料均相分散；

(4)霧化干燥：將步驟(3)中的復合漿料通過噴霧干燥，得到前驅體；

(5)碳包覆：將步驟(4)中得到的前驅體與碳源進行均相復合，通入氮氣或惰性氣體保護，高溫燒結后，得到多孔核殼結構硅碳負極材料。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所述的硅粉原料為單晶硅或多晶硅的一種，純度＞99.9％，中值粒徑為10～100μm；

所述分散劑為焦磷酸鈉，聚乙烯吡咯烷酮、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯酸二羥基苯乙胺中的一種或至少兩種的組合；

所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、呋喃、酰胺中的一種或至少兩種的組合；

所述硅粉原料與分散劑的質量比是100：(0.5～10)；加入溶劑后，混合溶液的固含量是10～40％；

所述高能球磨機為行星式球磨機、管磨機、錐磨機、棒磨機或砂磨機；球磨珠的材質選自不銹鋼，瑪瑙，陶瓷，氧化鋯，氧化鋁或硬質合金。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述硅粉原料中值粒徑為50～100μm；硅粉原料與分散劑的質量比是100：(1～5)；加入溶劑后，混合溶液的固含量是20～30％。