[發明專利]一種雙層碳改性硅負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202211318468.6
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115440969A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 薛兵;巫湘坤;郭亞偉;劉海香;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;廊坊綠色工業技術服務中心
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

1.一種雙層碳改性硅負極材料的制備方法，其特征在于，包括：(1)將硅基顆粒在有機溶劑中超聲處理，再將硅烷偶聯劑加入上述分散液加熱攪拌，離心干燥獲得表面硅烷偶聯劑修飾的硅基A材料；(2)將A分散于有機溶劑中，隨即將離子液體逐滴加入上述分散液，升溫攪拌獲得離子液體接枝的B材料；(3)將B材料與還原的氧化石墨烯rGO材料分散于乙醇中超聲混合，并升溫攪拌，最后將產物洗滌干燥得到C材料；(4)將C材料與石墨混合脫泡攪拌，再進行控溫燒結，冷卻至室溫獲得第一層由rGO與硅基體強鏈接，第二層石墨碳同質包覆rGO的雙層碳改性的硅負極材料。步驟(1,3)中的超聲時間為3～60min；所述步驟(1,2,3)攪拌時間為1～20h、攪拌溫度為40～120℃；所述步驟(3)中rGO為摻雜型材料，摻雜元素包含B、N、P、S、Cl、Br和F中的一種或多種；所述步驟(4)脫泡攪拌時間為0.1～5h，轉速為200～10000轉/分；所述步驟(1)加入的硅烷偶聯劑結構為，R為非水解基團包括甲基、乙基、丙基、巰基、巰乙基、巰丙基、乙烯基、丙烯基、氨基、氨乙基、氨丙基、環氧基、氰基、鹵代烷基、丙烯酰氧基和縮水甘油醚氧丙基中的一種或幾種；X為可水解基團包括鹵素、酰氧基、烷氧基、芳氧基和酰基中的一種或幾種；加入量為0.1～10wt％。

2.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(1)中所述硅基材料為純硅、硅的氧化物和硅碳復合體中的一種或幾種；形狀為球形或類球形；粒徑為0.01～10μm。

3.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(1,2)中所述有機溶劑為甲苯、乙腈、丙酮、氯仿、四氯化碳、甲醇、乙醇和氮甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

4.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(2)中所述離子液體選自有如下結構通式離子液體中的一種或幾種，：式中Z為咪唑，吡啶或吡咯烷，X為1-乙基-3-甲基、1-丙基-3-甲基、1-丁基-3-甲基、1-戊基-3-甲基、1-己基-3-甲基、1-庚基-3-甲基、1-辛基-3-甲基、1-烯丙基-3-甲基、1-乙烯基-3-乙基、1-芐基-3-甲基、1,3-二甲苯基、1-十六烷基-3-甲基、1-氨基乙基-2,3-二甲基或1-(3-氨基丙基)-3-甲基；Y為硫酸鹽、硫酸氫鹽、磷酸鹽、磷酸二氫鹽、鹵鹽、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽或雙三氟甲磺酰亞胺鹽；加入量為0.1～20wt％。

5.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(3)中所述rGO片層直徑為0.05～20μm，厚度為0.35～30nm；加入含量為0.1～30wt％；表面攜帶有的含氧官能團包括羥基、羧基、羰基、環氧基、氨/胺基、硝基、磺酸基、脂基和腈基中的一種或多種。

6.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(4)中所述石墨為人造石墨、無定型碳、摻雜型碳；摻雜元素包括B、N、P、S、Cl、Br和F中的一種或多種；加入含量為1～60wt％。

7.根據權利要求1所述改性方法，其特征在于，步驟(4)中所述低溫燒結氣氛為惰性氣體(氮氣、氬氣或氦氣中的一種或多種)、氧氣、氫氣；溫度為100～600℃；燒結時間為0.1～6h。

8.一種權利要求1-7任意一項所述的改性方法獲得雙層碳包覆改性硅基顆粒的內界面連接型復合硅碳負極材料。

9.一種鋰離子電池電極，其特征在于，以權利要求8所述的界面連接型復合硅碳復合負極材料為負極活性材料制備而得。