一种多孔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CN113851627A(43)申请公布日2021.12.28(21)申请号202111117673.1(22)申请日2021.09.23(71)申请人江苏载驰科技股份有限公司地址211156江苏省南京市禄口街道神舟路37号禄口创智产业园C-81号(72)发明人赵明才张娟龚喜(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/583(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种多孔硅碳负极材料及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种锂离子电池用多孔硅碳复合负极材料及其制备方法。所述负极材料具有“硅碳复合物内核+孔隙+无定形碳包覆层”的结构。在制备负极材料过程中，分别采用几种性质不同的碳源分阶段复合，同时通过控制热处理时的温度，以达到在材料内部形成一定大小孔隙的目的。相比于现有技术，本发明提供的多孔硅碳复合负极材料很好地解决了传统硅基负极体积膨胀导致循环性能低的问题，同时因为致密的无定形碳包覆层拥有较小的比表面积，首次库伦效率高达86.1％，可逆比容量为1517.1mAh/g，循环50次后容量保持在85％以上。CN113851627ACN113851627A权利要求书1/1页1.一种多孔硅碳负极材料，包括核壳结构，其特征在于，内核为碳硅负极材料，且内核中分布有多孔空隙；外壳包括两层结构，内层为导电材料层，外层为碳包覆层。2.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极材料，其特征在于，所述内核中的多孔空隙的直径范围是50nm‑5μm，且内核中的孔隙率范围是5‑30％，多孔空隙的截面形状包括球形、类球形与长条状等不规则孔中的一种或多种；所述内核的尺寸为1‑20um。3.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极材料，其特征在于，所述导电材料层包含石墨片、石墨烯、碳纳米管等中的一种或几种的混合；所述导电材料层的厚度是10‑100nm。4.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极材料，其特征在于，所述碳包覆层的厚度是50nm‑200nm；所述的多孔硅碳负极材料比表面积为1‑3m2/g，振实密度为0.6‑1.5g/cm3；所述的多孔硅碳负极材料硅含量为10％～60％，碳含量为40％～90％。5.根据权利要求1所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将纳米硅原料与第一碳源进行球磨混合，热处理，得到第一前驱体；步骤2，将第一前驱体与第二碳源进行混合，热处理，得到第二前驱体；步骤3，将第二前驱体与第三碳源进行混合，热处理，得到多孔硅碳负极材料。6.根据权利要求5所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，质量比纳米硅原料：第一碳源：第二碳源＝10:10:5；第二前驱体与第三碳源的质量比为1：0.05‑0.5。7.根据权利要求5所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述第一碳源选自分子量在2000以下的糖类，优选是蔗糖、葡萄糖、木糖、淀粉糖、麦芽糖或者果糖等中的一种或几种的混合；热处理参数：温度为600‑1000℃，时间为1‑12小时；球磨机转速500‑800rpm，球磨时间1h以上；纳米硅中值粒径为20‑150nm。8.根据权利要求5所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述第二碳源是石墨片、石墨烯、碳纳米管等中的一种或几种的混合；优选地，第二碳源是由石墨片和碳纳米管混合而成，质量比为1：0.3‑4；热处理参数：温度为800‑1400℃，热处理保温时间为1‑10小时。9.根据权利要求5所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，所述第三碳源是聚丙烯腈、聚吡咯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、煤焦油沥青、石油沥青、纤维素、芳香烃或芳香族脂类中的至少一种；所述步骤1‑3中任意一步的热处理中，需要在保护性气氛中，所述的保护性气氛选自氩气、氦气等。10.一种锂离子电池，包括电池壳体、设置于电池壳体内的电芯以及填充所述电池壳体内的电解液；所述电芯包括依次设置的正极极片、隔膜和负极极片；所述负极极片包括负极集流体及位于负极集流体上的负极材料，所述负极材料包括如权利要求1中所述的硅碳复合材料。2CN113851627A说明书1/5页一种多孔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负极材料领域，具体地，本发明涉及一种硅碳负极材料在锂离子电池中的应用。背景技术[0002]商品化锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极活性物质。然而，碳类负极材料因其比容量较低(372mAh/g)和锂沉积带来的安全性问题使其不能满足电子设备小型化和车用锂离子电池大功率、高容量要求，因而需要研发可替代碳材料的高