[發(fā)明專利]一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及制備方法有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202010084394.9 | 申請(qǐng)日： | 2020-02-10 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN111180713B | 公開（公告）日： | 2022-11-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 胡亮;張少波;王浩;趙偉 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 馬鞍山科達(dá)普銳能源科技有限公司;安徽科達(dá)鉑銳能源科技有限公司;安徽科達(dá)新材料有限公司 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/36 | 分類號(hào)： | H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 馬鞍山市金橋?qū)＠碛邢薰?34111 | 代理人： | 魯延生 |
| 地址： | 243100 *** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 鋰離子電池 用硅碳 負(fù)極 材料 制備 方法 | ||
本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料與電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及制備方法，所述負(fù)極材料為核殼結(jié)構(gòu)，核為納米硅、裂解碳和單壁碳納米管，殼為氣相沉積形成的碳包覆層；所述納米硅的粒徑為5～100nm；裂解碳的軟化點(diǎn)＜300℃，殘?zhí)悸剩?0％；單壁碳納米的直徑為5～20nm，優(yōu)選為5～10nm；管長(zhǎng)為30～500nm，優(yōu)選為30～100nm，所述碳包覆層厚度為10～200nm；所述制備方法包括：(1)裂解碳前驅(qū)體與單壁碳納米管均相復(fù)合；(2)納米硅CVD沉積在裂解碳中；(3)機(jī)械整形；(4)碳包覆；本發(fā)明制備的硅碳負(fù)極材料工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異且環(huán)境友好。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料與電化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料及制備方法。
背景技術(shù)
近年來，隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)鋰離子電池提出了更高的需求，如使用時(shí)間更長(zhǎng)、質(zhì)量更輕等，但目前常規(guī)的石墨負(fù)極材料的理論比容量?jī)H為372mAh/g，已不能滿足高比容量電池的需求，所以開發(fā)高性能新型電極材料成為研究熱點(diǎn)。硅具有超高的理論比容量(4200mAh/g)和較低的脫鋰電位(0.5V)，且硅的電壓平臺(tái)略高于石墨，在充電時(shí)難引起表面析鋰，安全性能更好，但是，在電池充放電過程中，鋰的嵌入和脫出循環(huán)會(huì)導(dǎo)致硅體積的巨大變化，硅的嚴(yán)重的體積膨脹和收縮，會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)的破壞，材料粉化，從而導(dǎo)致鋰離子電池循環(huán)性能的急劇衰退。因此，開發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異且環(huán)境友好的硅碳負(fù)極材料的制備方法是鋰離子電池領(lǐng)域的重要研究方向。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料，所述負(fù)極材料為核殼結(jié)構(gòu)，核為納米硅、裂解碳和單壁碳納米管，殼為氣相沉積形成的碳包覆層；
所述納米硅的粒徑為5～100nm；
所述裂解碳的軟化點(diǎn)＜300℃，殘?zhí)悸剩?0％；
所述單壁碳納米的管徑為5～20nm，優(yōu)選為5～10nm；管長(zhǎng)為30～500nm，優(yōu)選為30～100nm；
碳包覆層厚度為10～200nm。
優(yōu)選的，所述復(fù)合負(fù)極材料中含有40wt％～60wt％的納米硅，20wt％～40wt％的裂解碳，5wt％～15wt％的單壁碳納米管，10wt％～30wt％的碳包覆層。
更優(yōu)選的，所述負(fù)極材料的中值粒徑為5～10μm；所述負(fù)極材料的比表面積為3～5m2/g；所述負(fù)極材料的粉體壓實(shí)密度為1.4～1.6g/cm3。
本發(fā)明還涉及上述任一項(xiàng)所述鋰離子電池用硅碳負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
(1)在單壁碳納米管懸濁液中加入分散劑，再稀釋至固含量為0.01～0.1％，加入裂解碳前驅(qū)體，超聲分散后，攪拌干燥，得到硅碳負(fù)極材料前驅(qū)體1；
(2)將步驟(1)中的負(fù)極材料前驅(qū)體1置于氣相沉積爐(簡(jiǎn)稱“CVD爐”)中，通入保護(hù)氣體，通入硅源氣體，升溫加熱，將納米硅沉積在裂解碳中，得到負(fù)極材料前驅(qū)體2；
(3)對(duì)步驟(2)中的負(fù)極材料前驅(qū)體2進(jìn)行機(jī)械整形，得到粒度分布集中，形貌規(guī)整的負(fù)極材料前驅(qū)體3；
(4)將步驟(3)中的負(fù)極材料前驅(qū)體3置于氣相沉積爐中，通入保護(hù)氣體，再通入碳源氣體，升溫加熱，形成碳包覆層，得到硅碳負(fù)極材料。
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