[發明專利]一種低膨脹硅碳負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202310504853.8
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116344778A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 黃杰;劉冬冬;江沛容
• 申請（專利權）人: 四川物科金硅新材料科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 濟南鼎信專利商標代理事務所(普通合伙) 37245
• 代理人: 白守畔

1.一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：包括硅碳顆粒，所述的硅碳顆粒包括多孔材料與納米級硅基材料的復合顆粒、碳包覆層、石墨和有機物裂解碳；

所述多孔材料與納米級硅基材料的復合顆粒的結構為多孔材料的孔中沉積納米級硅基材料的硅層；

所述碳包覆層位于多孔材料與納米級硅基材料的復合顆粒表面；

所述多孔材料的孔中沉積納米級硅基材料的復合顆粒和石墨均勻分布于有機物裂解碳中。

2.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述多孔材料為多孔碳骨架、多孔陶瓷、多孔金屬及多孔金屬合金中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述納米級硅基材料包括單質硅材料、硅合金材料、和硅氧材料中的至少一種。

4.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述石墨的質量分數為0％-80％，粒徑中值為2-20μm。

5.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述多孔材料中沉積硅層厚度為2-40nm。

6.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述多孔材料的粒徑為50nm-2μm，孔徑為1-50nm，比表面積為300-2000m²/g。

7.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：硅元素在所述硅碳顆粒中的質量分數為2％～50％。

8.一種制備權利要求1-7任一項所述低膨脹硅碳負極材料的方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.將多孔材料置于回轉爐中，調節回轉爐的轉速為0.1r/min-5r/min，向其中通入硅源和氮氣，多孔材料吸附硅源、經400℃-650℃的高溫硅源裂解沉積0.5h-50h后得到孔中沉積硅層的多孔材料與硅的復合材料，降溫冷卻后，惰性氣體清洗回轉爐，改變溫度，向回轉爐中通入含碳源氣體和氬氣保護氣，經高溫裂解沉積得到碳包覆的多孔材料與納米級硅基材料的復合顆粒；

S2.將步驟S1中得到的碳包覆的多孔材料與納米級硅基材料的復合顆粒、分散劑、粘結劑和石墨在裝有有機溶劑的攪拌器中以300-2500rpm的轉速攪拌至少0.2h后混合，干燥得到碳包覆的多孔材料復合納米級硅基材料/石墨聚合體；

S3.將步驟S2中得到的碳包覆的多孔材料復合納米級硅基材料/石墨聚合體加入至碳源前驅體的分散液中，經過200-3000rpm的轉速混合至少2h，然后干燥；

S4.將步驟S4中得到的物料在保護性氣氛下進行700-1100℃的高溫碳化至少1h后，得到低膨脹硅碳負極材料。

9.根據權利要求6所述一種制備低膨脹硅碳負極材料的方法，其特征在于：所述步驟S3中的分散液為水、乙醇、甲醇、磷酸三鈉、二硅酸鈉、偏硅酸鈉、磷酸四鈉、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲基丁酮、環己酮、甲基異丁酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、聚乙二醇或聚乙烯吡咯銅中的1種或至少2種的組合。

10.根據權利要求1所述一種低膨脹硅碳負極材料，其特征在于：所述低膨脹硅碳負極材料用于鋰離子電池負極材料以及鋰離子電池的制備。