一种小粒径纳米硅碳负极材料及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114975922A(43)申请公布日2022.08.30(21)申请号202210532656.2(22)申请日2022.05.13(71)申请人泾河新城陕煤技术研究院新能源材料有限公司地址713700陕西省西安市西咸新区泾河新城永乐镇泾干一街17号(72)发明人魏立帅曹新龙张长安杨乐杨静屈涛(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214专利代理师刘娜(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/62(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种小粒径纳米硅碳负极材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种小粒径纳米硅碳负极材料及制备方法，具体为：先将碳前驱体材料涂布在柔性基底上并烘干，形成薄膜；再将涂有碳前驱体的薄膜置于PVD镀膜设备中，镀硅薄膜；在硅薄膜上继续涂布碳前驱体材料并辊压，重复上述步骤，形成碳前驱体硅复合膜；之后将样品置于惰性气氛中进行煅烧，粉碎，将材料置于CVD炉中进行气相碳包覆，通入混合气体，进行保温反应，将CVD包覆后的材料进行筛分除磁，即可。本发明提出的小粒径气相分散硅与碳前驱体复合技术，实现碳与纳米级甚至亚纳米级的硅的均匀复合，并且通过后续固相或气相碳包覆，实现整个二次颗粒的完整均匀包覆，从而提高硅碳负极材料性能。CN114975922ACN114975922A权利要求书1/1页1.一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：S1、将碳前驱体材料涂布在柔性基底上并烘干，形成均匀薄膜；S2、将涂有碳前驱体的薄膜置于PVD镀膜设备中，均匀镀一层硅薄膜；S3、在硅薄膜上继续涂布一层碳前驱体材料并辊压，得到碳前驱体硅复合薄膜；S4、重复步骤S2‑S3，形成一定厚度的碳前驱体硅复合膜；S5、将含基底的碳前驱体硅复合膜样品置于惰性气氛煅烧炉中进行煅烧；S6、将煅烧后的材料进行粉碎，粉碎到D50＝3～10μm；S7、将粉碎后的材料置于CVD炉中进行气相碳包覆，通入乙炔与氮气的混合气体，在500～700℃下保温1～5h；S8、将CVD包覆后的材料进行筛分除磁，即得到小粒径纳米硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述的一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，柔性基底材料为PP、PET、PI、PE、PC、PMMA中的任意一种；碳前驱体材料为酚醛树脂、环氧树脂、沥青、葡萄糖中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，硅薄膜的厚度不大于50nm。4.根据权利要求1所述的一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，碳前驱体硅复合膜的厚度为100～8000μm。5.根据权利要求1所述的一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1～5h。6.根据权利要求1所述的一种小粒径纳米硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，混合气体中乙炔与氮气的体积比为0.2～1：1。7.一种小粒径纳米硅碳负极材料，其特征在于，采用权利要求1‑6任意一项制备方法制备得到。2CN114975922A说明书1/4页一种小粒径纳米硅碳负极材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于锂电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种小粒径纳米硅碳负极材料及制备方法。背景技术[0002]随着新能源锂电技术的进步，电池越来越朝着轻质化、微型化、长续航方向发展，因此对电池的能量密度提出了极高的要求。传统石墨负极材料越来越接近其理论容量372mAh/g，硅基负极材料相比于传统石墨负极材料具有更高的容量，是当前高能量密度电池的核心材料。但是硅基负极材料在充放电过程中巨大的体积变化，给硅碳负极的产业化应用带来了极大的挑战。如何降低硅碳负极材料的膨胀，提高电池循环性能成为目前研究的热点问题。[0003]目前，硅碳负极材料制备技术主要是将纳米硅材料与碳材料进行复合，通常是先制备纳米硅材料，然后再与碳前驱体材料进行复合，进而制备成硅碳复合材料。为了缓解硅在脱嵌锂过程中巨大的体积变化以及循环恶化问题，需要将硅材料纳米化。理论上来说，纳米硅尺寸越小，其膨胀性能越好，同时其抗氧化性和分散性越差。当前硅纳米化的主要手段是砂磨法、气相裂解法。这些制备方法单独制备的纳米硅，要么粒径较大，要么团聚较为严重，之后与碳进行复合效果较差，因而给硅碳负极材料的制备带来了极大的困难。当前常规硅碳材料基本是采用100nm以上的纳米硅与碳材料实现复合制得。虽然一定程度上能够满足商业化应用，但是仍然面临着在实际使用过程中掺混量较少，容量搭配低，膨胀较大的问题。发明内容[00