[發明專利]一種硅碳負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210691743.2
• 申請日: 2022-06-17
• 公開（公告）號: CN115000335A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 韓雪苓
• 申請（專利權）人: 河南自本新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京博識智信專利代理事務所(普通合伙) 16067
• 代理人: 魏文密

1.一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料，其特征在于，由硅碳前驅體及具備高功率密度包碳人造石墨混合形成；

其中所述的硅碳前驅體占硅碳負極材料重量20％至70％，且其由納米級硅和無定型碳混合形成；

所述的無定型碳中具備40重量％至80重量％的鑲嵌中間相結構，所述的鑲嵌中間相結構為由石油渣油、煤瀝青、樹脂中的一種或多種調配而成的有機碳源體，其中稠環芳烴的比例占30重量％至60重量％。

2.根據權利要求1所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料，其特征在于，所述的鑲嵌中間相結構與納米硅形成均勻分散，中間相碳均勻分隔納米硅且包裹住納米硅。

3.一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將瀝青與樹脂按照比例在控制溫度條件下攪拌均勻得到物料A，將用洗油分散的通過計算確定用量的納米硅粉作為物料B，均勻攪拌下加入瀝青與樹脂的混合液形成物料C；

其中：所述的物料A中瀝青的質量比為30-80％，所述的控制溫度條件為150-200℃；所述的瀝青為石油瀝青或煤瀝青及相應改質瀝青，所述樹脂為酚醛樹脂；

S2、將物料C在高壓反應釜內攪拌加熱到一定溫度，停止攪拌，進行快速升溫到預定溫度并恒溫一定時間，得到物料D；其中，高壓反應釜內加熱攪拌的溫度為250-320℃；

S3、將物料D冷卻到室溫，從反應釜內取出后在惰性氣體氛圍和固定溫度下煅燒一段時間得到物料E；

S4、將物料E用破碎設備破碎到指定粒度得到物料F；其中，粒度范圍為5-15um；

S5、將物料F在惰性氣體條件下加熱到850-1100℃，恒溫一段時間后冷卻得到物料G；

S6、將物料G與液相包碳的人造石墨按照指定的質量比物理混合，得到所述兼具高容量密度和高功率密度的硅碳負極材料；其中，液相包碳的人造石墨的碳層厚度范圍為1-10nm。

4.根據權利要求3所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述的S2中快速升溫的升溫速率為1℃/min至5℃/min；快速升溫后的恒溫溫度為410-450℃。

5.根據權利要求3所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述的S3中恒溫煅燒的溫度為550-750℃。

6.根據權利要求3所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述的硅粉的質量比按照G物料中占比20-50％確認。

7.一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料在電極中的應用，其特征在于，電極包含權利要求1至權利要求6之間的任一項復合物。

8.根據權利要求7所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料在電極中的應用，其特征在于，硅碳負極材料在450mAh/g情況下，在組裝鋰離子電池后進行400次3C充放電循環，容量保持率≥80％。

9.根據權利要求7所述的一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料在電極中的應用，其特征在于，硅碳負極材料在500mAh/g情況下，在組裝鋰離子電池后進行350次3C充放電循環，容量保持率≥80％。

10.一種高容量密度及高功率密度的硅碳負極材料在電能存儲電極和儲能裝置中的應用，其特征在于，包含權利要求1至9中任一項所述的復合物材料。