[發(fā)明專(zhuān)利]籠狀硅碳復(fù)合材料及其制備方法、電池負(fù)極和電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210587214.8
• 申請(qǐng)日: 2022-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114824279A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李紓黎;賀勇;陳晗;常利娜;夏信德
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州鵬輝能源科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/134;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 宋家會(huì)

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N籠狀硅碳復(fù)合材料及其制備方法、電池負(fù)極和電池，涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域。籠狀硅碳復(fù)合材料包括硅核和包覆在所述硅核表面的籠狀碳?xì)ぃ龌\狀硅碳復(fù)合材料呈球形。該籠狀硅碳復(fù)合材料的制備方法，包括將碳源、硅源與堿性體系混合，采用一鍋法進(jìn)行水熱處理，固液分離，得到前驅(qū)體；將前驅(qū)體進(jìn)行碳化處理，得到二氧化硅/碳微球；將所述二氧化硅/碳微球與還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)，得到硅/碳微球；將所述硅/碳微球與刻蝕劑進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，后處理得到所述籠狀硅碳復(fù)合材料。該籠狀硅碳復(fù)合材料可應(yīng)用于電池負(fù)極上，有利于電解液的浸潤(rùn)以及離子和電子的傳導(dǎo)，為電解液與活性材料的接觸提供了更有效的通道。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種籠狀硅碳復(fù)合材料及其制備方法、電池負(fù)極和電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于具有比能量大，工作電壓高，安全性好，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，使其迅速成為電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域的主導(dǎo)能源。而隨著人類(lèi)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的需求不斷增長(zhǎng)，促進(jìn)了開(kāi)發(fā)具有能量密度高，功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)的下一代鋰離子電池的廣泛研究。負(fù)極材料作為鋰離子電池儲(chǔ)鋰的主體，在充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出，是提高鋰離子電池比容量，循環(huán)性，充放電等相關(guān)性能的關(guān)鍵。

目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是以石墨為主的傳統(tǒng)碳材料，但石墨理論的比容量只有372mAh/g，這很大程度上限制了鋰離子電池總比容量的進(jìn)一步提高。硅被認(rèn)為是最有潛力的新一代高容量鋰離子電池負(fù)極材料，與傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料相比，硅具有極高的質(zhì)量比容量(4200mAh/g)，是天然石墨的十多倍。但由于硅的體積膨脹，在充放電過(guò)程中會(huì)使其結(jié)構(gòu)被破壞，使活性材料從集流體上脫落，且不斷形成不可逆電解質(zhì)膜，最終導(dǎo)致硅負(fù)極材料低的可逆容量、差的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。因此，為提高鋰離子電池總比容量，開(kāi)發(fā)一種新型的具有高比容量的負(fù)極材料十分緊迫。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種電化學(xué)性能好，綠色環(huán)保的核-殼結(jié)構(gòu)籠狀硅碳復(fù)合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)的技術(shù)方案為：

一種籠狀硅碳復(fù)合材料，包括硅核和包覆在所述硅核表面的籠狀碳?xì)ぃ龌\狀硅碳復(fù)合材料呈球形；

所述硅核的直徑為200-350nm，所述籠狀碳?xì)さ暮穸葹?0-70nm。

本申請(qǐng)還提供了上述籠狀硅碳復(fù)合材料的制備方法，包括：

將碳源、硅源與堿性體系混合，采用一鍋法進(jìn)行水熱處理，固液分離，得到前驅(qū)體；

將所述前驅(qū)體在流動(dòng)的保護(hù)氣體中進(jìn)行碳化處理，得到二氧化硅/碳微球；

將所述二氧化硅/碳微球與還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)，得到硅/碳微球；

將所述硅/碳微球與刻蝕劑進(jìn)行刻蝕反應(yīng)，后處理得到所述籠狀硅碳復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述碳源包括烴類(lèi)化合物、酮類(lèi)化合物、醇類(lèi)化合物、醛類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物中的一種或多種；

優(yōu)選地，所述碳源包括冰醋酸、苯甲酸、乙二酸、方形酸、乙二醇、丙三醇、乙醇、甲醇、甲醛、對(duì)苯二酚和間苯二酚中的一種或多種；

優(yōu)選地，所述硅源包括三甲基氯硅烷、四甲基硅烷、二甲基二氯硅烷、四氯化硅、乙烯基硅烷、氨基硅烷、四乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一種或多種；

優(yōu)選地，所述堿性體系為水、乙醇和氨水的混合體系，所述堿性體系的pH為7.1-9.0；

優(yōu)選地，所述混合時(shí)，需要進(jìn)行攪拌，所述攪拌的時(shí)間為2-48h；

優(yōu)選地，所述水熱處理的溫度為150-200℃，時(shí)間為12-36h；

優(yōu)選地，所述固液分離采用真空過(guò)濾，再對(duì)過(guò)濾產(chǎn)物進(jìn)行烘烤，得到所述前驅(qū)體；