[發明專利]硅碳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211346005.0
• 申請日: 2022-10-31
• 公開（公告）號: CN115621448A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 閆明;許建飛;豆君;張毅;楊銀花;賈亞鵬;郭飛飛;于明明
• 申請（專利權）人: 河南佰利新能源材料有限公司;河南中炭新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王宏

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種硅碳復合材料及其制備方法和應用。本發明的硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：將納米硅復合材料與液態碳源的混合物進行攪拌處理，得到第一混合體系；將所述第一混合體系進行噴霧干燥及碳化處理，得到復合碳化物；將所述復合碳化物與刻蝕劑進行混合，再進行固液分離，收集固形物并進行干燥處理；所述納米硅復合材料包括球形納米單晶硅以及位于所述球形納米單晶硅的表面上呈不連續包覆的納米Ag顆粒。本發明的上述方法得到的硅碳復合材料，碳殼與硅之間留有合適的多孔空間可以緩解充放電過程中硅的體積變化，且與包覆碳層結合緊密，提升導電性，增加硅碳的復合材料導電性和循環穩定性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體而言，涉及一種硅碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

石墨碳類負極材料具有良好的導電性、豐富的資源、無污染等優點，已成功實現產業化應用。然而，石墨的理論比容量較低(372mAh/g)，已無法滿足動力能源的日益需求，并且它的充放電平臺較低(0.01～0.2V vs.Li/Li⁺)容易引起石墨負極表面析鋰，而存在安全隱患。硅的理論比容量高達4200mAh/g(Li₂₂Si₅)，高出已經商業化的石墨類材料(372mAh/g)十倍以上，因此硅負極材料具有巨大的應用前景。但是純硅材料作為鋰離子電池負極材料存在不可忽視的問題：一是硅屬于半導體，導電性很差；二是硅在嵌脫鋰的過程中會出現嚴重的體積膨脹，使得電極材料在多次循環過程中會逐漸粉化而導致結構坍塌，進而穩定性差和循環壽命低等問題。

針對上述純硅電極材料的缺點，目前研究較多的改善方案有：硅的納米化以及第二相材料復合以及結構設計。但現有的方法獲得的硅基負極材料在實際應用時，結構設計常以核殼結構和多孔結構為主，在核殼結構中，硅與碳接觸面積小，且與碳材料接觸不牢靠，硅的膨脹導致差的導電性及循環穩定性等問題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種硅碳復合材料的制備方法，以解決是上述技術問題。

本發明的另一個目的在于提供一種所述的硅碳復合材料的制備方法制備得到的硅碳復合材料。

本發明的另一個目的在于提供一種負極片，包括所述的硅碳復合材料。

本發明的另一個目的在于提供一種電池，包括所述的負極片。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：

硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將納米硅復合材料與液態碳源的混合物進行攪拌處理，得到第一混合體系；將所述第一混合體系進行噴霧干燥及碳化處理，得到復合碳化物；將所述復合碳化物與刻蝕劑進行混合，再進行固液分離，收集固形物并進行干燥處理；

所述納米硅復合材料包括球形納米單晶硅以及位于所述球形納米單晶硅的表面上呈不連續包覆的納米Ag顆粒。

在一種實施方式中，所述納米Ag顆粒與所述球形納米單晶硅的摩爾比為3：(200～1000)。

在一種實施方式中，所述納米Ag顆粒在所述球形納米單晶硅的表面的包覆率為10％～50％。

在一種實施方式中，所述納米硅復合材料的制備方法，具體包括：將所述球形納米單晶硅與AgNO₃溶液混合，再進行冷凍干燥及熱處理；所述熱處理的溫度為440～460℃，所述熱處理的保溫時間為20～35min。

在一種實施方式中，所述球形納米單晶硅的粒徑為50～200nm。

在一種實施方式中，所述液態碳源包括聚氨酯、聚乙烯和聚丙烯中的至少一種。