[發(fā)明專利]一種高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料、其制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110355374.5
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113097487B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭安華;余德馨;仰永軍
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東凱金新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京惠科金知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11981
• 代理人: 劉瀟

1.一種高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料包括硅顆粒和碳包覆層，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料還包括高度致密碳基體；所述硅顆粒均勻彌散地分布在高度致密碳基體的內(nèi)部并形成內(nèi)核；所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的內(nèi)部致密無孔洞；

所述硅顆粒由硅源裂解形成，碳基體由有機碳源裂解形成；

所述硅源為硅烷、三氯硅烷、四氯化硅、甲基三氯硅烷、甲基氯硅烷、氯乙基硅烷、二氯二甲基硅烷、二氯二乙基硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、甲基二硅烷、二甲基二硅烷、三甲基二硅烷、四甲基二硅烷、六甲基硅烷中的一種或多種；

所述有機碳源為甲烷、乙烷、丙烷、異丙烷、丁烷、異丁烷、乙烯、丙烯、乙炔、丁烯、氯乙烯、氟乙烯、二氟乙烯、氯乙烷、氟乙烷、二氟乙烷、氯甲烷、氟甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷、甲胺、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、苯酚中的一種或多種；

所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的真密度為1.90-2.64g/cm³；所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的碳含量為30-60%；

所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的比表面積為0.5-5m²/g；

所述硅顆粒為納米硅或納米氧化硅中的一種或兩種；所述納米硅的晶粒大小為1-10nm；所述納米氧化硅SiO_x中的X為0-0.8；

所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

將基體置于反應(yīng)器中，在保護氣氛下，同步氣相沉積或交替氣相沉積硅顆粒和高度致密碳基體，得到致密結(jié)構(gòu)前驅(qū)體A，氣相沉積溫度為400-900℃；

將得到的致密結(jié)構(gòu)前驅(qū)體A從基體中分離出來，進行粉碎處理，得到硅碳復(fù)合材料前驅(qū)體B；

將硅碳復(fù)合材料前驅(qū)體B進行碳包覆，得到硅碳復(fù)合材料前驅(qū)體C，所述碳包覆為氣相碳包覆；

將硅碳復(fù)合材料前驅(qū)體C進行高溫?zé)Y(jié)，得到高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料；高溫?zé)Y(jié)升溫速率為1-10℃/min，保溫溫度為500-900℃，保溫時間為1-10h。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的氧含量、硅含量分別為0-10％、5-90％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的孔隙率為0-10％；所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的粒徑D50為2-30μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述納米硅的粒度D50為1-100nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述致密結(jié)構(gòu)前驅(qū)體A為粉體顆粒或塊狀中的一種，其孔隙率為0-10％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述基體為石墨紙、碳泡沫、金屬棒、金屬板、所述方法制備的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料或前驅(qū)體B中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的首次可逆容量不低于1800mAh/g，循環(huán)50周后膨脹率小于40％，容量保持率大于95％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的真密度為2.00-2.50g/cm³。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料的真密度為2.10-2.50g/cm³。

10.權(quán)利要求1～9中任一項所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

11.權(quán)利要求1～9中任一項所述的高度致密結(jié)構(gòu)硅碳復(fù)合材料與碳粉混合而成的混合物在鋰離子電池中的應(yīng)用。