多孔硅碳复合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CN111435734A(43)申请公布日2020.07.21(21)申请号201911374658.8(22)申请日2019.12.27(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人赵晓锋(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人肖阳(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1页(54)发明名称多孔硅碳复合负极材料及其制备方法(57)摘要本发明提出了多孔硅碳复合负极材料及其制备方法。该制备方法包括：(1)将酵母菌放入蔗糖溶液中发酵；(2)向发酵后的混合溶液中加入硅烷化合物和硫酸锌，形成前驱体溶液；(3)对前驱体溶液进行碳化处理，以获得复合材料；(4)对复合材料进行还原处理，以获得多孔硅碳复合负极材料。本发明所提出的制备方法，以酵母菌作为生物模板剂，并通过发酵可制备出独特多孔结构的硅碳复合负极材料，同时，硅烷化合物碳化后均匀地掺杂在生物模板上，为之后充放电过程中硅材料的膨胀提供缓冲空间，并且酵母菌表面的亲水基团对硅烷化合物有吸附作用，从而使碳化处理后的材料结构稳定性更好。CN111435734ACN111435734A权利要求书1/1页1.一种制备多孔硅碳复合负极材料的方法，其特征在于，包括：(1)将酵母菌放入蔗糖溶液中发酵；(2)向所述发酵后的混合溶液中加入硅烷化合物和硫酸锌，形成前驱体溶液；(3)对所述前驱体溶液进行碳化处理，以获得复合材料；(4)对所述复合材料进行还原处理，以获得所述多孔硅碳复合负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵的时间为1～12小时。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酵母菌与所述蔗糖的重量比为(2～6):1。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷化合物包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧基官能团烷氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酵母菌、所述硅烷化合物和所述硫酸锌的重量比为(10～30):(50～100):(0.5～2)。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液的pH值调至8～10。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化处理是在450～550摄氏度下反应0.5～1.5小时。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原处理为750～850摄氏度下镁热反应1～3小时，且所述复合材料与镁粉的重量比为(1～3):1。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液在进行所述碳化处理之前，可以先在50～150摄氏度下预反应1～3小时。10.一种多孔硅碳复合负极材料，其特征在于，通过权利要求1～9中任一项所述的方法获得的。2CN111435734A说明书1/6页多孔硅碳复合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材料技术领域，具体的，本发明涉及多孔硅碳复合负极材料及其制备方法。背景技术[0002]硅碳负极材料，具有比容量高、材料来源广泛等优点，而成为高比能量密度锂离子电池所用负极材料的首选材料，但是膨胀率高、导电性偏差等制约其广泛应用。现阶段，降低硅材料的膨胀率主要方法有四种：第一种在硅材料表面包覆碳材料，降低复合材料膨胀率；第二种在材料表面造孔，也能降低复合材料的膨胀；第三种采用模板法，并在其表面包覆纳米硅或者硅氧化合物，之后再去除模板，也可以降低复合材料的膨胀率；第四种在纳米硅或硅氧化合物表面额外包覆导电性强的材料，比如石墨烯、碳纳米管等，可以同时降低硅材料的膨胀率及提高导电性。[0003]目前，可以将含硅化合物在含有机模板剂的溶液中且碱性条件下催化水解，制备得到包含有机模板剂的多孔二氧化硅，之后对包含有机模板剂的多孔二氧化硅进行抽滤、洗涤、碳化处理后获得二氧化硅/碳复合材料。但是，但制备过程复杂、一致性难以控制、成本高且对环境非常不友好。发明内容[0004]本发明是基于发明人的下列发现而完成的：[0005]本发明人在研究过程中发现，可以采用生物模板法制备多孔的硅碳复合负极材料，一方面具有环保、成本低等优势，另一方面，生物模板发酵产生的孔洞尺寸合适，发酵时间短，而且新陈代谢作用会在细胞壁表面产生诸如蛋白质、多糖等生物活