一种碳‑硅复合材料、其制备方法及用途.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CN106848268A(43)申请公布日2017.06.13(21)申请号201710233263.0H01M10/0525(2010.01)(22)申请日2017.04.11B82Y30/00(2011.01)(71)申请人深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司地址518106广东省深圳市光明新区公明办事处西田社区高新技术工业园第8栋(72)发明人孔一鸣任建国(74)专利代理机构北京品源专利代理有限公司11332代理人巩克栋(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种碳-硅复合材料、其制备方法及用途(57)摘要本发明涉及一种碳-硅复合材料、其制备方法及在锂离子电池的用途。本发明的碳-硅复合材料包括碳基底、催化剂以及均匀附着在碳基底上的纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜。本发明的方法包括：1)配制有机添加剂和催化剂的分散液；2)将碳基底与上述分散液混合后烘干，使催化剂修饰在碳基底的表界面；3)将修饰有催化剂的碳基底转入CVD炉中，保护性气氛下升温，至反应温度后通入硅源，反应，催化分解产生的纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜均匀地附着在碳基底材料的表界面，得到碳-硅复合材料。本发明的方法易于大规模制备，且产物的硅碳复合程度高，是一种优良的锂离子电池用负极材料。CN106848268ACN106848268A权利要求书1/2页1.一种碳-硅复合材料，其特征在于，所述碳-硅复合材料包括碳基底、催化剂以及附着在碳基底上的纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜。2.根据权利要求1所述的碳-硅复合材料，其特征在于，所述碳基底为无机碳材料，优选为天然球形石墨、天然鳞片石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相碳微球、石墨烯、导电石墨或碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述催化剂为过渡金属单质和/或过渡金属化合物；优选地，所述催化剂为氯化铁、氯化亚铁、氯化铜、氯化镍、硝酸铁、硝酸镍、硝酸铜、醋酸铁、醋酸铜、醋酸镍、铁单质、铜单质或镍单质中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述硅颗粒的直径为1nm～200nm，优选为1nm～50nm；优选地，所述硅薄膜的厚度为1nm～200nm。3.根据权利要求1或2所述的碳-硅复合材料，其特征在于，以所述碳-硅复合材料的总质量为100％计，所述纳米级的硅颗粒和/或硅薄膜的质量百分含量为1％～80％。4.如权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)配制有机添加剂和催化剂的分散液；(2)将碳基底和步骤(1)的分散液混合后烘干；(3)将步骤(2)的产物投入到化学气相沉积CVD反应炉中，在保护性气体的保护下升温，升温至反应温度后通入硅源，反应，得到碳-硅复合材料；优选地，所述反应炉为回转式CVD反应炉。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述有机添加剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙炔、葡萄糖、蔗糖、海藻酸、海藻酸钠、柠檬酸、柠檬酸钠、羧甲基纤维素、羰丙基纤维素、壳聚糖、淀粉或明胶中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，步骤(1)所述有机添加剂和催化剂的分散液中，有机添加剂和催化剂的质量比为1:10～2:1；优选地，步骤(2)所述碳基底和步骤(1)的分散液中的催化剂的质量比为3:1～10:1；优选地，所述方法还包括在步骤(2)之后步骤(3)之前对烘干得到的产物进行粉碎得到粉末的步骤。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述CVD反应炉为双气路或单气路中的任意一种；优选地，步骤(3)所述保护性气体为非氧化性气体，优选为氮气、氩气、氢气、氢氩混合气中的任意一种；优选地，步骤(3)所述保护性气体的通入速度为5sccm～100sccm；优选地，步骤(3)所述硅源为硅基化合物，优选为硅烷、一氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷、硅氯仿、硅乙烷或一氯硅乙烷中的任意一种或至少两种的混合物；优选地，步骤(3)所述硅源的通入速度为0.2L/min～10L/min；优选地，步骤(3)所述硅源的浓度为1v％～80v％；优选地，步骤(3)所述反应温度为250℃～800℃；优选地，步骤(3)所述反应的过程中，回转式CVD反应炉的工作转速为1r/min～10r/min；2CN106848268A权利要求书2/2页优选地，步骤(3)所述反应的时间为0.5h～6h，优选为3h。7.一种包覆型碳硅复合材料，其特征在于，所述包覆型碳硅复合材料是对权利要求1-3任一项所述的碳-硅复合材料进行碳包覆并烧结得到的；优选地，所述包覆型碳硅复合材料中，硅的质量百分含量为1％～80％，碳的