[發(fā)明專利]一種無定形硅碳復合材料及其制備方法和應用、鋰離子二次電池

在審

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• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN115995542A
• 公開（公告）日: 2023-04-21
• 發(fā)明（設計）人: 陳厚富;胡亮;彭天權;俞有康;章鎮(zhèn);譚桂明
• 申請（專利權）人: 贛州立探新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;B82Y30/00;B82Y40/00;C01B32/05;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 申素霞

本發(fā)明提供了一種無定形硅碳復合材料及其制備方法和應用、鋰離子二次電池，屬于電極材料技術領域。本發(fā)明將樹脂、含氮化合物與溶劑混合，在80～250℃、2～10MPa條件下進行造孔處理，再經(jīng)碳化處理得到無定形多孔碳材料；在硅烷類物質存在條件下，對所述無定形多孔碳材料在500～800℃、0.5～10MPa條件下進行硅包覆處理，在所述無定形多孔碳材料的表面和孔道中形成無定形納米硅層，之后在有機碳源存在條件下，對所得無定形硅碳前驅體進行碳包覆處理，得到無定形硅碳復合材料。采用本發(fā)明方法制備的無定形硅碳復合材料作為負極材料使用時，能夠減少硅材料嵌鋰過程的體積膨脹變化，可有效提高負極材料的循環(huán)性能。

技術領域

本發(fā)明涉及電極材料技術領域，尤其涉及一種無定形硅碳復合材料及其制備方法和應用、鋰離子二次電池。

背景技術

傳統(tǒng)鋰離子電池負極材料為石墨材料，但其理論容量較低(372mA·h/g)，無法滿足于市場的需求。硅材料因其高的理論比容量(4200mA·h/g)、相對較低的鋰化/去鋰化電位、儲量豐富和價格低廉等特點被認為是下一代最有發(fā)展?jié)摿Φ母吣芰棵芏蠕囯x子電池的負極材料。然而，硅材料在鋰化/去鋰化過程存在較大的體積變化(＞300％)，巨大的內部應力易使材料破碎、粉化，導致活性材料從電極上脫落，失去電接觸而失活；表面的SEI膜在循環(huán)過程中的隨體積變化反復破裂形成，導致電池中活性鋰和電解液的持續(xù)消耗以及SEI膜的持續(xù)增厚，進而阻礙活性物質的電接觸，導致電池循環(huán)穩(wěn)定性的降低。

因此，降低硅材料體積膨脹效應和提升循環(huán)性能對硅材料在鋰離子電池中的應用有重大意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種無定形硅碳復合材料及其制備方法和應用、鋰離子二次電池，采用本發(fā)明方法制備的無定形硅碳復合材料作為負極材料使用時，能夠減少硅材料嵌鋰過程的體積膨脹變化，可有效提高負極材料的循環(huán)性能。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種無定形硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將樹脂、含氮化合物與溶劑混合，進行造孔處理，得到前驅體材料；所述造孔處理的溫度為80～250℃，壓力為2～10MPa；

將所述前驅體材料進行碳化處理，得到無定形多孔碳材料；

在硅烷類物質存在條件下，對所述無定形多孔碳材料進行硅包覆處理，在所述無定形多孔碳材料的表面和孔道中形成無定形納米硅層，得到無定形硅碳前驅體；所述硅包覆處理的溫度為500～800℃，壓力為0.5～10MPa；

在有機碳源存在條件下，對所述無定形硅碳前驅體進行碳包覆處理，在所述無定形硅碳前驅體中無定形納米硅層的表面形成無定形碳層，得到無定形硅碳復合材料。

優(yōu)選地，所述樹脂包括聚氯乙烯樹脂、丙烯酸樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂和聚酰胺樹脂中的一種或多種，所述含氮化合物包括銨鹽和/或三聚氰胺；所述樹脂、含氮化合物與溶劑的摩爾比為1～10：0.1～5：1～50。

優(yōu)選地，所述造孔處理的溫度為80～250℃，壓力為2～10MPa，保溫保壓時間為2～10h。

優(yōu)選地，所述碳化處理包括依次進行第一碳化處理和第二碳化處理；所述第一碳化處理的溫度為200～600℃，保溫時間為1～5h；所述第二碳化處理的溫度為900～1200℃，保溫時間為1～5h。

優(yōu)選地，所述硅烷類物質包括三(三甲硅基)硅烷、甲硅烷、乙硅烷、四氟硅烷、三氯化硅、氯硅烷、六甲基二硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基乙烯基氯硅烷和乙烯基三氯硅烷中的一種或多種；所述硅包覆處理的保溫保壓時間為1～5h。

優(yōu)選地，所述有機碳源包括甲烷、乙炔、甲苯、葡萄糖、石油瀝青和中間相瀝青中的一種或多種；所述碳包覆處理的溫度為500～800℃，壓力為0.5～10MPa，保溫保壓時間為0.5～3h。