一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料制备，具体的，涉及一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、硅碳材料以其能量密度高、材料来源广泛而应用于电动工具、数码等领域，但是由于满电膨胀大、循环性能差等缺陷无法满足电动汽车等领域的需求。而造成硅碳材料膨胀大的原因主要是硅碳材料中纳米硅晶粒较大，因此，降低硅碳材料的膨胀需要从降低硅晶粒的尺寸方面入手。

2、硅烷裂解法制备出的纳米硅具有硅晶粒小（3nm）、膨胀低、比容量高等优点成为降低硅碳膨胀的合适材料，但是由于硅晶粒较小、活性高，需要通过包覆降低其与外界空气的接触，降低其副反应，提升高温性能，同时，硅烷裂解法制备的硅碳的阻抗偏高，制备条件苛刻，制备周期长，影响其产业化应用。

技术实现思路

1、本发明提出一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法，解决了现有技术中制备的硅碳材料膨胀大、循环性能差的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、用有机酸对活性炭进行羧酸化，得到羧酸化活性炭；

5、s2、在负压下，将硅烷气体裂解沉积在羧酸化活性炭中，得到纳米硅/活性炭复合材料；

6、s3、将碳源混合气体沉积在纳米硅/活性炭复合材料，得到硅碳复合材料。

7、作为进一步的技术方案，所述s1中，羧酸化的反应温度为50~150℃，反应时间为1~6h。

8、作为进一步的技术方案，所述s1中，活性炭与有机酸的质量比为1:10~50。

9、作为进一步的技术方案，所述s1中，活性炭中多孔碳材料的粒径为1~20μm，孔隙率为20%~60% ，比表面积为100~500m2/g。

10、作为进一步的技术方案，所述s1中，有机酸为酒石酸、柠檬酸、乙酸中的一种或几种。

11、作为进一步的技术方案，所述s2中，负压压力为-0.9~-0.1mpa。

12、作为进一步的技术方案，所述s2中，沉积温度为200~500℃，沉积时间为1~6h。

13、作为进一步的技术方案，所述s3中，沉积温度为500~700℃，沉积时间为30~240min。

14、作为进一步的技术方案，所述s3中，碳源混合气体为碳源气体和氩气的混合气体，所述碳源气体为吡啶气体、氨基吡啶气体、甲基吡啶气体、二甲基吡啶气体、嘧啶气体、喹啉气体、哌嗪气体或哌啶气体中的一种。

15、本发明还提出了一种锂离子电池用硅碳复合材料，根据上述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法制备得到。

16、本发明的工作原理及有益效果为：

17、1、本发明中，先对活性炭表面进行羧酸化改性，降低了活性炭表面的缺陷，使硅烷裂解得到的纳米硅更容易沉积在其孔隙中，同时，羧酸化后，活性炭的纳米孔径较少，使纳米硅更容易沉积在其孔隙中，并束缚了硅的膨胀，提升硅碳复合材料的致密度，从而提升硅碳复合材料的振实密度和粉体电导率，从而提高硅碳复合材料的循环性能，降低了硅碳复合材料的膨胀。

18、2、本发明中，硅烷裂解在负压下进行，降低了硅晶粒的尺寸，从而降低了硅碳复合材料的膨胀，提高了硅碳复合材料的首次效率。

技术特征：

1.一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，羧酸化的反应温度为50~150℃，反应时间为1~6h。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，活性炭与有机酸的质量比为1:10~50。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，活性炭的粒径为1~20μm，孔隙率为20%~60%，比表面积为100~500m2/g。

5. 根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中，有机酸为酒石酸、柠檬酸、乙酸中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s2中，负压压力为-0.9~-0.1mpa。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s2中，沉积温度为200~500℃，沉积时间为1~6h。

8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3中，沉积温度为500~700℃，沉积时间为30~240min。

9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s3中，碳源混合气体为碳源气体和氩气的混合气体，所述碳源气体为吡啶气体、氨基吡啶气体、甲基吡啶气体、二甲基吡啶气体、嘧啶气体、喹啉气体、哌嗪气体或哌啶气体中的一种。

10.一种锂离子电池用硅碳复合材料，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，提出了一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法。锂离子电池用硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、用有机酸对活性炭进行羧酸化，得到羧酸化活性炭；S2、在负压下，将硅烷气体裂解沉积在羧酸化活性炭中，得到纳米硅/活性炭复合材料；S3、将碳源混合气体沉积在纳米硅/活性炭复合材料，得到硅碳复合材料。锂离子电池用硅碳复合材料，由上述制备方法制备得到。通过上述技术方案，解决了现有技术中制备的硅碳材料膨胀大、循环性能差的问题。

技术研发人员：宋志涛,胡志林,陈飞,陈佐川,高永静
受保护的技术使用者：河北坤天新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11