[發(fā)明專利]一種多層級包覆結構硅碳復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010181725.0
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111348647B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 馬越
• 申請（專利權）人: 西安英納吉科技有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;C01B32/20;C01B33/02;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 成都智涌知識產權代理事務所(普通合伙) 51313
• 代理人: 周正輝

本發(fā)明公開的屬于多層級包覆結構硅碳復合材料技術領域，具體為一種多層級包覆結構硅碳復合材料，一種多層級包覆結構硅碳復合材料，基于對于硅基負極的跨尺度修飾技術，可以實現(xiàn)二次顆粒的自組裝與納米硅在石墨二次造粒的顆粒間隙中均勻分散,通過對于不同軟化點的瀝青的精細調控與結構設計可實現(xiàn)多層級碳層包覆，有效緩沖硅的體積膨脹，輔助二次顆粒在干燥過程中的粘結，該發(fā)明通過對不同軟化點瀝青的精細篩選和針對性調控實現(xiàn)了納米硅在石墨基體二次造粒的間隙中的分布與表面的包覆改性，該結構可有效隔絕硅與電解液直接接觸、減少副反應的產生，有效降低電池循環(huán)過程中活性鋰離子與電解液的消耗，并提高材料的庫倫效率與循環(huán)保持率。

技術領域

本發(fā)明涉及多層級包覆結構硅碳復合材料技術領域，具體為一種多層級包覆結構硅碳復合材料及其制備方法。

背景技術

近年來，由于能源危機與環(huán)境污染的雙重壓力，探索開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的新型能源的重要性日益凸顯。與此同時，以二次電池為代表的電化學儲能器件以其在新能源汽車、電網(wǎng)儲能以及數(shù)碼產品等領域的應用也成為業(yè)界關注的重點。如何進一步提高鋰電池的能量密度，一直是鋰電行業(yè)的前沿研究方向。傳統(tǒng)石墨材料是目前鋰電池中應用最為廣泛的負極材料，然而石墨的理論容量僅為372mAh/g，為了進一步提高鋰電池能量密度，必須開發(fā)具有更高比容量的新型負極材料。硅的理論比容量高達4200mAh/g，同時擁有較低的嵌鋰電位。因此，硅基材料被認為是一種非常有前景的新型高比容量負極材料。

然而硅在嵌鋰時存在高達400％的體積膨脹，脆性的SEI膜極易發(fā)生破裂，導致硅被直接暴露在電解液中。在充放電循環(huán)過程中，隨著鋰離子的嵌入與脫出不斷有新裸露的硅表面與電解液接觸并發(fā)生反應，持續(xù)性的造成活性鋰離子與電解液的消耗，表現(xiàn)為電池庫倫效率低，以及容量的不斷下降。本發(fā)明提供了一種由不同軟化點的瀝青結焦生成的多層級碳包覆層對于硅碳復合材料的跨尺度改性方法，通過對于三維復合材料結構設計的精細調控，有效解決了石墨二次顆粒的自組裝造粒和納米硅在二次顆粒基體間隙中的均勻分散等兩大硅基負極的技術難題，從而避免硅與電解液的直接接觸，在充放電過程中有效減少了活性鋰離子與電解液的消耗，提高硅碳材料的庫倫效率與循環(huán)保持率。

發(fā)明內容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述和/或現(xiàn)有多層級包覆結構硅碳復合材料及其制備方法中存在的問題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明的目的是提供多層級包覆結構硅碳復合材料及其制備方法，通過對不同軟化點瀝青的精細篩選和針對性調控實現(xiàn)了納米硅在石墨基體二次造粒的間隙中的分布與表面的包覆改性，該結構可有效隔絕硅與電解液直接接觸、減少副反應的產生，有效降低電池循環(huán)過程中活性鋰離子與電解液的消耗，并提高材料的庫倫效率與循環(huán)保持率。

為解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種多層級包覆結構硅碳復合材料，基于對于硅基負極的跨尺度修飾技術，可以實現(xiàn)二次顆粒的自組裝與納米硅在石墨二次造粒的顆粒間隙中均勻分散,通過對于不同軟化點的瀝青的精細調控與結構設計可實現(xiàn)多層級碳層包覆，有效緩沖硅的體積膨脹，輔助二次顆粒在干燥過程中的粘結，隔絕硅與電解液的直接接觸的多方面用途，從而顯著提高材料的庫倫效率與循環(huán)保持率。

一種多層級包覆結構硅碳復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：將硅與分散液混合后在砂磨機中進行研磨，得到納米硅的分散液；

步驟二：將石墨加入納米硅的分散液中并攪拌均勻，得到納米硅與石墨的混合分散液；

步驟三：將低軟化點的瀝青加入納米硅與石墨的分散液中并混合均勻；