[發(fā)明專利]一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010727837.1
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN111925232A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳之浩;周浪;徐國(guó)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西昌大高新能源材料技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): C04B41/89
• 分類號(hào): C04B41/89;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 許瑩瑩

本發(fā)明提供了一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料的制備方法，(1)將石墨顆粒置于真空熱處理爐中；(2)到達(dá)設(shè)定溫度后，通入氣態(tài)硅源，使石墨顆粒表面包覆一層硅層；(3)到達(dá)設(shè)定溫度后，通入氣態(tài)碳源，使硅薄膜表面包覆一層碳層。本發(fā)明還公開了一種采用上述方法制備得到的石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料。本發(fā)明中所述負(fù)極材料的制備方法可使硅材料非常均勻地分布于整個(gè)負(fù)極材料體系中，在充放電過程中不會(huì)產(chǎn)生膨脹不均勻現(xiàn)象。本發(fā)明中所述的負(fù)極材料結(jié)構(gòu)可望同時(shí)具備優(yōu)異的倍率特性、循環(huán)穩(wěn)定性以及高的比容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，現(xiàn)有鋰離子電池用石墨負(fù)極材料的理論容量為372mAh/g，其中商業(yè)化石墨負(fù)極產(chǎn)品已達(dá)355mAh/g左右，基本已無提升空間。硅作為鋰離子電池負(fù)極材料的理論容量可達(dá)4200mAh/g左右，且硅在地殼中的含量豐富，僅次于氧，因此成為研究熱點(diǎn)。但是，硅材料巨大的儲(chǔ)鋰膨脹效應(yīng)限制了其充放電性能的發(fā)揮，導(dǎo)致仍無法大規(guī)模應(yīng)用。對(duì)此，行業(yè)中大多數(shù)企業(yè)采取了一種妥協(xié)方案，即采用少量的(一般不超過5％)納米硅顆粒和石墨顆粒復(fù)合后進(jìn)行使用，這種方法在一定程度上緩解了硅材料的儲(chǔ)鋰膨脹效應(yīng)，但其循環(huán)壽命仍不是很理想，主要原因是納米硅顆粒在石墨粉體中的分散不是很均勻，從而導(dǎo)致整個(gè)負(fù)極體系膨脹不均勻，致使負(fù)極片上部分區(qū)域碎裂脫落。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足與難題，本發(fā)明旨在提供一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料及其制備方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)，將石墨顆粒置于真空熱處理爐中；

步驟(2)，到達(dá)設(shè)定溫度后，通入氣態(tài)硅源，使石墨顆粒表面包覆一層硅層；

步驟(3)，到達(dá)設(shè)定溫度后，通入氣態(tài)碳源，使硅層表面包覆一層碳層。

進(jìn)一步地，真空熱處理爐優(yōu)選旋轉(zhuǎn)真空管式爐。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述設(shè)定溫度優(yōu)選600-1000℃。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述氣態(tài)硅源優(yōu)選硅烷。

進(jìn)一步地，步驟(2)所述硅層厚度優(yōu)選100-500nm。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述設(shè)定溫度優(yōu)選600-1000℃。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述氣態(tài)碳源優(yōu)選乙炔、甲烷。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述碳層厚度優(yōu)選5-20nm。

本發(fā)明還提供了一種石墨表面硅/碳雙層包覆的負(fù)極材料，采用如上述方法制備得到。

本發(fā)明通過真空高溫環(huán)境下依次先后充入氣態(tài)硅源、氣態(tài)碳源，使石墨顆粒表面依次形成均勻的硅層薄膜和碳層薄膜，進(jìn)而形成硅/碳雙層包覆石墨顆粒的復(fù)合材料。

本發(fā)明通過采用氣態(tài)硅源熱分解后沉積在石墨顆粒表面形成硅碳復(fù)合負(fù)極材料，比傳統(tǒng)的硅顆粒和石墨顆?；旌细鶆?，且這種硅薄膜包覆石墨顆粒的結(jié)構(gòu)可使硅在石墨體系分散地更均勻；氣態(tài)碳源的作用是在硅薄膜表面包裹碳層，使得硅不直接和電解液接觸，進(jìn)而讓硅表面不形成SEI膜，否則的話硅表面一直會(huì)有新的SEI膜產(chǎn)生，從而會(huì)一直消耗電解液，導(dǎo)致電池容量一直衰減；傳統(tǒng)的碳包覆硅材料采用液相包覆實(shí)現(xiàn)，氣態(tài)碳源的包覆采用一層層沉積上去，使得碳層更均勻，而且厚度更可控。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果包括：

(1)本發(fā)明中所述負(fù)極材料的制備方法可使硅材料非常均勻地分布于整個(gè)負(fù)極材料體系中，在充放電過程中不會(huì)產(chǎn)生膨脹不均勻現(xiàn)象。