[發(fā)明專利]一種納米碳硅復合材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110206087.8
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112928263A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 葛傳長;仰永軍
• 申請（專利權）人: 內(nèi)蒙古凱金新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 東莞恒成知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 韓丹

本發(fā)明涉及電池負極材料領域，特別是涉及一種納米碳硅復合材料，包括碳納米材料、納米硅以及碳質(zhì)粘結劑，其中的碳納米材料和納米硅為主體儲鋰材料。本發(fā)明提供一種納米碳硅復合材料，具有良好的循環(huán)性能和充放電性能，具有重要的市場價值和社會價值。本發(fā)明還提供一種納米碳硅復合材料的制備方法，制備簡單，且在制備過程中不會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，使納米硅的充分分散，保證了該材料的性能。

技術領域

本發(fā)明涉及電池負極材料領域，特別是涉及一種納米碳硅復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著各種便攜式電子設備及電動汽車的廣泛發(fā)展和快速應用，對具有高比容量、長循環(huán)壽命和高安全性的高性能鋰電池特別是鋰離子電池的需求日益迫切。負極材料作為鋰電池的關鍵材料之一，對鋰電池性能的提高起著至關重要的作用。

當前商業(yè)化的鋰電池特如鋰離子電池仍主要采用石墨類碳負極材料。難以滿足高性能鋰電池的要求，大大制約了鋰電池的發(fā)展與應用。各種非碳負極材料中，硅(理論容量高達4200mAh/g)以其獨特的優(yōu)勢和潛力吸引了越來越多研究者的目光。但是硅基負極材料在嵌脫鋰過程中體積變化達到300％以上。嚴重的體積膨脹所產(chǎn)生的內(nèi)應力導致電極材料粉化和剝落，其容量迅速下降，最終使電池失去活性。出于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應用的考慮，制備具有納米結構的高性能復合硅碳負極材料具有極大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前雖有硅碳復合材料的公開，但目前制備的硅碳復合材料在鋰離子脫嵌過程中難以保持活性硅材料的結構穩(wěn)定性，導致循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和安全性能不理想，限制了其實際應用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種納米碳硅復合材料，具有良好的循環(huán)性能和充放電性能，具有重要的市場價值和社會價值。

本發(fā)明還提供一種納米碳硅復合材料的制備方法，制備簡單，且在制備過程中不會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，使納米硅的充分分散，保證了該材料的性能。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種納米碳硅復合材料，包括碳納米材料、納米硅以及碳質(zhì)粘結劑，其中的碳納米材料和納米硅為主體儲鋰材料。

對上述技術方案的進一步改進為，所述碳納米材料為內(nèi)核，所述納米硅以殼結構包覆在碳納米材料上，所述碳質(zhì)粘結劑用于將多個第一前驅(qū)體粘結。

對上述技術方案的進一步改進為，所述碳納米材料所占復合材料的重量百分比為15-80％，所述納米硅占復合材料的重量百分比為10-55％，所述碳質(zhì)粘結劑所占復合材料的重量百分比為5-75％。

對上述技術方案的進一步改進為，所述碳納米材料的粒度為10-500nm，納米硅的粒度為5-200nm；所述納米硅碳復合負極材料的粒度為10-30μm。

一種納米碳硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

在碳納米材料上動態(tài)沉積一層納米硅，使納米硅以殼結構均勻包覆在碳納米材料上，制得第一前驅(qū)體；

將上述步驟中制得的第一前驅(qū)體與碳質(zhì)粘結劑混合后導入二次造粒設備中進行二次造粒，制得第二前驅(qū)體；

將上述步驟中制得的第二前驅(qū)體經(jīng)碳化處理后制得第三前驅(qū)體；

將上述步驟中制得的第三前驅(qū)體經(jīng)破碎篩分制得納米硅碳復合負極材料。

對上述技術方案的進一步改進為，在所述在碳納米材料上動態(tài)沉積一層納米硅，使納米硅以殼結構均勻包覆在碳納米材料上，制得第一前驅(qū)體步驟中，首先將碳納米材料裝入真空回轉(zhuǎn)管式爐中后進行抽真空處理；然后將真空回轉(zhuǎn)管式爐內(nèi)加熱至750-1200℃后以1.5-2.5L/min的速度向真空回轉(zhuǎn)管式爐內(nèi)通入硅源，使硅源分解出納米硅，納米硅以殼結構均勻包覆在碳納米材料上，冷卻后即制得所述第一前驅(qū)體。