[發明專利]一種硅碳復合負極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202210358605.2
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114744172A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 趙娟;陳耀庭;付駿豪
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 謝蓉;謝怡婷

1.一種硅碳復合負極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

(1)將納米硅、石墨、有機溶劑和分散劑球磨混合，加入有機碳和有機模板劑繼續球磨混合后噴霧干燥造粒，隨后進行碳化，得到前驅體A；

(2)將步驟(1)的前驅體A進行酸純化處理，烘干，得到前驅體B；

(3)對步驟(2)的前驅體B與硅源進行化學氣相沉積，形成納米硅層，得到前驅體C；

(4)對步驟(3)的前驅體C與碳源進行化學氣相沉積，形成碳包覆層，得到所述的硅碳復合負極材料。

2.根據權利要求1的制備方法，其中，步驟(1)中，所述的前驅體A包括納米硅、石墨、有機碳碳化后形成的無定型碳、有機模板劑碳化分解形成的無定型碳和金屬氧化物。

3.根據權利要求1或2的制備方法，其中，步驟(1)中，所述的納米硅的中值粒徑D₅₀為50nm～200nm；

和/或，所述的分散劑選自氮甲基砒咯烷酮、聚乙烯亞胺和聚乙烯醇中的至少一種；

和/或，所述的有機碳選自瀝青、環氧樹脂、酚醛樹脂和蔗糖中的至少一種；所述的有機溶劑選自無水乙醇、丙醇、丙酮、乙二醇和丁醇中的至少一種；

和/或，所述的有機模板劑選自有機酸鎂、有機酸鈣和有機酸鋅中的至少一種；示例性地，所述的有機模板劑選自檸檬酸鎂、葡萄糖酸鎂、檸檬酸鋅、乙酸鎂、檸檬酸鈣和乙酸鈣中的至少一種；

和/或，步驟(1)中，所述的納米硅、有機溶劑、分散劑的質量比為1:(5～15):(0.01～0.05)；所述的納米硅、石墨、有機模板劑、有機碳的質量比為(20～40):(30～45):(30～50):(10～20)；

和/或，步驟(1)中，所述的碳化是在惰性氣氛中進行的，碳化的溫度例如為600℃～1000℃；碳化時的升溫速率例如為1℃/min～5℃/min；保溫的時間例如為1h～4h。碳化反應后，將碳化產物隨爐降至室溫。

4.根據權利要求1-3任一項的制備方法，其中，步驟(2)中，所述的酸純化處理的方法為：將前驅體A浸泡在酸中0.5h～6h后，再依次進行清洗、脫水和烘干處理。

5.根據權利要求1-4任一項的制備方法，其中，步驟(3)中，所述的硅源選自一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、四氯硅烷、一甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷和三甲基一氯硅烷中的一種或者多種；

和/或，步驟(3)中，所述的化學氣相沉積的溫度為700℃～1000℃；

和/或，步驟(3)中，所述的納米硅層的厚度為0.5μm～5.0μm。

6.根據權利要求1-5任一項的制備方法，其中，步驟(4)中，所述的碳源選自乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷和正丁烷中的一種或多種；

和/或，步驟(4)中，所述的化學氣相沉積的溫度為700℃～1000℃；

和/或，步驟(4)中，所述的碳包覆層的厚度為3μm～10μm。

7.一種由權利要求1-6任一項所述方法制備得到的硅碳復合負極材料。

8.一種硅碳復合負極材料，其中，所述硅碳復合負極材料具有核殼結構，所述核為納米硅、石墨和無定型碳形成的多孔結構，所述殼為納米硅層和無定型碳層，其中所述納米硅層包覆在核表面，所述無定型碳層包覆在納米硅層表面。

9.根據權利要求7或8所述的硅碳復合負極材料，其中，所述的硅碳復合負極材料中，納米硅的質量百分含量為30～40％，石墨的質量百分含量為40～50％，無定型碳的質量百分含量為15～30％。

10.權利要求7或8所述的硅碳復合負極材料在鋰離子電池中的用途。