一种硅碳复合材料制备方法、硅碳负极材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111384384A(43)申请公布日2020.07.07(21)申请号202010217813.1(22)申请日2020.03.25(71)申请人内蒙古骏成新能源科技有限公司地址017100内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗大路工业园区中科合成油公寓楼102室(72)发明人周平沈跃成陈思贝(74)专利代理机构成都元信知识产权代理有限公司51234代理人赵道刚(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图2页(54)发明名称一种硅碳复合材料制备方法、硅碳负极材料及其制备方法(57)摘要本发明中公开了一种硅碳复合材料制备方法、硅碳负极材料及其制备方法，采用在对微米硅材料进行砂磨处理的同时实现催化剂在砂磨得到的硅颗粒表面均匀负载的方式，使金属催化剂能均匀负载到各硅颗粒表面；所制备的硅碳复合材料在大倍率充放电情况下，具有可逆比容量高、循环性能优良的特点，并且制备工艺简单，成本低，可广泛应用于硅碳负极材料的工业化生产。CN111384384ACN111384384A权利要求书1/1页1.一种硅碳复合材料制备方法，其特征在于：以纳米级或亚微米级硅粉颗粒为基底，将金属催化剂均匀附着在硅颗粒表面，利用金属催化剂的催化活性作用，在硅颗粒表面原位生长碳纳米管；所述将金属催化剂均匀附着在硅颗粒表面的步骤为：1)将金属催化剂、含多个羧基的有机物溶于醇类溶剂中，在40℃～60℃下搅拌均匀，加入粒径为5～100微米的硅粉，搅拌润湿，形成预分散液；2)将预分散液加入到砂磨机，砂磨4～100h，使预分散液中的硅粉达到所需粒径。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述含多个羧基的有机物为多元羧酸支化聚合物。3.根据权利要求1或2所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述预分散液中羧基官能团与金属元素的摩尔比为1:1～3:1。4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述预分散液的固含量为1％～30％。5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述预分散液中金属元素与硅颗粒的质量比为0.5:100～10:100。6.根据权利要求1所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述硅粉为氧化亚硅或单质硅，砂磨处理后得到的氧化亚硅的尺寸为0.5μm～1μm，单质硅的尺寸为5nm～200nm。7.根据权利要求1至6中任一所述的硅碳复合材料制备方法，其特征在于：所述在硅颗粒表面原位生长碳纳米管的步骤包括：1)将砂磨后的预分散液经喷雾干燥得到粉末A；2)将粉末A置于300℃～600℃的惰性气体氛围中煅烧，使金属元素在硅颗粒表层形成合金，得到粉末B；3)以粉末B为催化剂，催化碳源气体裂解，在硅颗粒表面生长碳纳米管，得到硅碳复合材料；优选所述裂解温度为600～1100℃，裂解时间为5～60min。8.一种硅碳负极材料，其特征在于：包括由硅颗粒与钉扎在硅颗粒表面的碳纳米管形成的硅-碳纳米管粒子和包覆硅-碳纳米管粒子的空心碳膜，所述碳膜内包覆有多个硅-碳纳米管粒子，碳膜内钉扎在硅颗粒表面的碳纳米管另一端可穿过碳膜伸出到碳膜外。9.一种硅碳负极材料制备方法，其特征在于：将采用权利要求1至7中任一制备方法得到的硅碳复合材料加入到碳源前驱体溶液中，混合均匀，喷雾干燥，经900℃～1200℃碳化，得到硅碳负极材料；所述硅碳复合材料与碳源前驱体溶液的混合操作工艺为：控制碳源前驱体溶液的温度在20℃～40℃，将硅碳复合材料逐步均匀加入到持续搅拌的碳源前驱体溶液中，加料完成后继续搅拌1～4h；优选搅拌速度为30转/min～90转/min。2CN111384384A说明书1/6页一种硅碳复合材料制备方法、硅碳负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种用于锂离子电池的硅碳复合材料制备方法、硅碳负极材料及其制备方法。背景技术[0002]硅材料理论容量高(4200mAh/g)，嵌/脱锂电位(低于0.5V)适中，在地壳中储量丰富，价格低廉，是继石墨后的新一代锂离子电池负极材料。但是硅材料本身导电性差，且在电化学脱嵌锂的过程中存在严重的体积变化(200％～400％)，由此产生的内应力容易使负极发生开裂、粉化和剥离导致电池失去导电接触而失效，严重影响其循环性能。[0003]目前主要通过改变硅材料的形态(如纳米化，介孔结构)、与碳材料进行复合来缓解其体积应变，提高导电性。采用与碳材料复合的方法包覆其表面的碳材料不仅能抑制硅材料与电解液的副反应，同时材料的倍率性能和循环性能均能得到一定的改善。目前制备硅碳复合