[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

本發明公開了一種低膨脹硅碳負極材料及其制備方法，主要涉及鋰離子電池領域。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。本發明的有益效果在于：采用硅源裂解沉積在多孔材料中的納米復合結構，容量高，孔中只沉積部分硅層，給納米級硅基材料循環過程提供了膨脹空間，使得硅碳負極材料膨脹小，循環性能提升。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體是一種低膨脹硅碳負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種性能優異的儲能裝置，具有能量密度高、能量轉化效率高的特點，引起廣泛的關注，為了實現鋰離子電池在環保清潔、無污染排放的新能源汽車上的應用，開發高能量、高功率密度、高安全性能的新一代鋰離子電池極為迫切。

由于具有較高的儲鋰容量(理論容量4200mAh/g)和豐富的資源，硅材料被認為是開發新一代高比能量及高功率密度的鋰離子電池負極材料的理想候選材料之一。然而，硅材料在脫嵌鋰體積膨脹收縮較大，導致容量衰減較快，其應用受到限制。因此，抑制硅材料的體積膨脹，提高材料的結構穩定及導電率將加速硅碳負極應用。

現有專利CN103367727A，采用將納米硅嵌夾在顆粒狀石墨空隙之間有機裂解碳包覆納米硅/石墨聚合體，雖然避免了納米硅和電解液接觸導致副反應以及為納米硅膨脹留下了空間，一定程度上提升了材料的循環性能，但是制備過程納米硅存在團聚現象，在循環過程中納米硅自身的膨脹，長循環過程仍然存在顆粒有機裂解碳破碎，導致納米硅直接與電解液接觸，造成循環下降。

現有專利CN106384825B，采用提前將微米硅、瀝青和其他碳源進行機械球磨，然后采用高溫高壓制備的硅碳復合微球中的硅粒徑大，在循環過程中顆粒內部存在受力分布不均勻，長時間循環，相比于納米級硅顆粒更容易破碎，導致容量衰減，循環變差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低膨脹硅碳負極材料及其制備方法，它采用硅源裂解沉積在多孔材料中的納米復合結構，容量高，孔中只沉積部分硅層，給納米級硅基材料循環過程提供了膨脹空間，使得硅碳負極材料膨脹小，循環性能提升。

本發明為實現上述目的，通過以下技術方案實現：

一種低膨脹硅碳負極材料，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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，所述石墨的質量分數為0％-80％，粒徑中值為2-20μm。

進一步的，所述多孔材料中沉積硅層厚度為2-40nm。

進一步的，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。

進一步的，硅元素在所述硅碳顆粒中的質量分數為2％～50％。

一種制備所述低膨脹硅碳負極材料的方法，包括以下步驟：