一种硅碳负极材料及其制备方法与流程

文档序号:22475894发布日期:2020-10-09 22:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种硅碳负极材料,其特征在于:所述硅碳负极材料包含纳米硅、纳米硅表面的氧化层和碳;所述纳米硅表面的氧含量与纳米硅的质量比重为(10~30):100,优选(12~28):100。

2.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,所述纳米硅表面的氧化层,以硅氧化物、oh-或氧的游离态中的至少一种存在。

3.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,所述纳米硅通过mastersizer300粒度分析仪检测,其中值粒度d50在90nm以下,最大粒度d100在300nm以下;所述纳米硅通过x射线衍射图案分析,根据2θ=28.4°附近的归属于si(111)的衍射峰的半峰宽值,由scherrer式计算出纳米硅的晶粒在10nm以下。

4.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,所述纳米硅具有1.2~2.6g/cm3的真密度,2~100m2/g的比表面积。

5.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,基于负极材料的总重量,所述碳含量的质量占比为10~70wt.%,优选为30~50wt.%。

6.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,所述碳为非晶碳或结晶碳中的一种或两种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种硅碳负极材料,其特征在于,所述非晶碳包括气相碳源高温分解形成的碳和固相碳源高温煅烧后的残留碳,高温反应均在惰性气氛中进行,所述气相碳源包括甲烷、乙烷、乙炔、天然气、丙烯、丙酮、液化石油气中的一种;所述固相碳源包括葡萄糖、蔗糖、天然沥青、煤焦沥青、石油沥青、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、丙烯酸树脂、甲醛树脂,柠檬酸中的一种;所述结晶碳包括人造石墨和天然石墨;高温为600-900℃。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述的硅碳负极材料的方法,其特征在于,包括:

(1)纳米硅的团聚体制备:在气相沉积炉中通入高纯惰性气体,直到炉中的氧含量低于100ppm,再升温到600-900℃,期间通入硅源气体进行化学气相沉积,流量为1~5l/min,得到纳米硅的团聚体;

(2)纳米硅干粉制备:将纳米硅的团聚体加入到有机溶剂中,混合溶液固含量是10~40%,将混合浆料导入砂磨机中,其中研磨珠的直径是0.05~0.2mm,研磨时间为20-50h,得到所需的纳米硅浆料,将纳米硅浆料进行干燥,得到干粉,纳米硅表面的氧含量与纳米硅的质量比重为(5~30):100,优选(12~28):100;

(3)硅碳负极材料制备:将步骤(2)制得的纳米硅干粉与碳搅拌均匀后,干燥、碳化,控制碳的质量占比为10~70wt.%,得到硅碳负极材料;

步骤(1)所述硅源气体为硅烷,二氯二氢硅,三氯硅烷,四氯化硅,四氟化硅中的一种或两种以上的组合;所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的一种;

步骤(2)所述有机溶剂为甲醇、甲苯、苯甲醇、乙醇、乙二醇、氯化乙醇、丙醇、异丙醇、丙二醇、丁醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、新戊醇、辛醇、丙酮或环已酮的一种或多种;

步骤(2)所述研磨珠的材质为硬质合金、氧化锆和不锈钢中的一种;

步骤(3)所述碳为非晶碳或结晶碳中的一种或两种的组合;

所述非晶碳包括气相碳源高温分解形成的碳和固相碳源高温煅烧后的残留碳,高温反应均在惰性气氛中进行,高温为600-900℃,所述气相碳源包括甲烷、乙烷、乙炔、天然气、丙烯、丙酮、液化石油气中的一种;

所述固相碳源包括葡萄糖、蔗糖、天然沥青、煤焦沥青、石油沥青、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、丙烯酸树脂、甲醛树脂,柠檬酸中的一种;

所述结晶碳包括人造石墨和天然石墨。

9.一种权利要求8所述的硅碳负极材料的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述研磨是湿法研磨,湿法研磨在空气中进行,研磨设备为砂磨机。

10.一种锂离子电池负极材料,其特征在于,所述锂离子电池负极材料为权利要求1至7中任一项所述的硅碳负极材料。


技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种硅碳负极材料及其制备方法,所述硅碳负极材料包含纳米硅、纳米硅表面的氧化层和碳;所述纳米硅表面的氧含量与纳米硅的质量比重为(10~30):100;纳米硅的原料为硅源气体,硅源气体在惰性气氛中分解形成的固态硅,该固态硅为纳米硅的团聚体,再将此团聚体经湿法研磨,一方面是为了将纳米硅的团聚体打散,均匀分散在浆液中,同时也会将纳米硅的粒度和晶粒尺寸进一步降低,另一方面是通过湿法研磨在纳米硅表面形成氧化层,降低纳米硅的表面活性,能明显提升硅碳负极材料的循环性能。

技术研发人员:胡亮;张少波;李晓马;张志权;俞有康
受保护的技术使用者:马鞍山科达普锐能源科技有限公司;安徽科达铂锐能源科技有限公司;安徽科达新材料有限公司
技术研发日:2020.07.06
技术公布日:2020.10.09
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