一种动力电池用硅氧碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将氯硅烷化合物添加到硅烷偶联剂溶液中分散均匀得到溶液A；S2、以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，进行气体雾化得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、通入碳源气体对氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体进行碳沉积，得到硅氧碳复合材料。通过上述技术方案，解决了现有技术中的降低硅碳材料满电膨胀较大，倍率性能较差的问题。倍率性能较差的问题。倍率性能较差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种动力电池用硅氧碳复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体的，涉及一种动力电池用硅氧碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅碳材料的满电膨胀大，造成其充放电过程中电芯膨胀较大，并降低其循环性能和存储性能。而造成其硅碳材料膨胀较大的原因主要是由于硅晶粒较大，造成其膨胀较大，而从根本上降低硅碳材料膨胀需主要从降低硅晶粒的尺寸。
[0003]目前市场化硅碳主要采用砂磨法制备，其硅晶粒尺寸在15
‑
20nm，满电膨胀较大；而采用硅烷裂解法制备出的硅碳，硅晶粒在2
‑
3nm，膨胀较低，但是由于纳米硅的活性较大，与电解液的副反应较大，需要在其纳米硅材料进行包覆降低其活性。目前的包覆主要通过气相沉积法在其表面包覆无定形碳，膨胀虽然降低、副反应得到改善，但是对材料的倍率性能并未改善。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种动力电池用硅氧碳复合材料及其制备方法，解决了现有技术中的降低硅碳材料满电膨胀较大，倍率性能较差的问题。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将氯硅烷化合物添加到硅烷偶联剂溶液中分散均匀得到溶液A；S2、以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，进行气体雾化得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、通入碳源气体对氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体进行碳沉积，得到硅氧碳复合材料。
[0006]作为进一步的技术方案，所述氯硅烷化合物包括甲基二氯硅烷、苯基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、戊基三氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基氯硅烷中的一种。
[0007]作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂为含有氨基的硅烷偶联剂。
[0008]作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂包括(3
‑
氨丙基)三甲氧基硅烷、(3
‑
氨丙基)三乙氧基硅烷、(3
‑
氨丙基)二甲氧基甲基硅烷、(3
‑
氨丙基)二乙氧基甲基硅烷、N
‑
(2
‑
氨乙基)
‑3‑
氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
[0009]作为进一步的技术方案，所述硅烷偶联剂溶液所用的溶剂包括乙醇、二丙醇、2
‑
甲基
‑2‑
丙醇、1,3
‑
丁二醇中的一种。
[0010]作为进一步的技术方案，所述碳源气体包括甲烷、乙炔、乙烯、乙烷中的一种。
[0011]作为进一步的技术方案，所述氯硅烷化合物、硅烷偶联剂、溶剂的质量比为10：1
‑
5：100
‑
500。
[0012]作为进一步的技术方案，所述步骤S2中气体雾化的温度为80
‑
150℃，压强为1KPa
‑
10KPa，时间为1
‑
6h。
[0013]作为进一步的技术方案，所述步骤S3具体为：将氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体加热到400
‑
800℃，并通入碳源气体，在压强为0.5
‑
1MPa的条件，进行碳沉积1
‑
6h。
[0014]在低温条件下沉积无定形碳，避免硅晶粒的生长变大，降低膨胀。
[0015]本专利技术还提出一种动力电池用硅氧碳复合材料，按照所述的制备方法得到，可应用于锂离子电池负极材料。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术的制备方法得到的是一种无定形碳包覆纳米硅和硅氧化合物复合材料复合材料，利用硅烷偶联剂表面的氨基的给电子基团与氯硅烷化合物的吸电子基团发生化学键连接降低阻抗，提升结构稳定性。本专利技术中采用气体雾化法，具有沉积均匀、效率高的优点，所制备出的硅碳负极材料应用于锂离子电池具有膨胀低、循环性能好等优点。
附图说明
[0017]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0018]图1为本专利技术实施例1得到的硅氧碳复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0020]实施例1一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将10g甲基二氯硅烷添加到300g浓度为3wt%的(3
‑
氨丙基)三甲氧基硅烷的二丙醇溶液中分散均匀得到溶液A；S2、通过气体雾化法，以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，温度120℃，压强5KPa，喷雾时间3h，得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、将氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体转移到管式炉中，抽真空，并加热到500℃，并通入甲烷气体（流速为100mL/min），在压强为0.8MPa的条件，进行碳沉积3h，得到得到硅氧碳复合材料。
[0021]实施例2一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将10g苯基二氯硅烷添加到100g浓度为1wt%的(3
‑
氨丙基)三乙氧基硅烷的2
‑
甲基
‑2‑
丙醇溶液中分散均匀得到溶液A；S2、通过气体雾化法，以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，温度150℃，压强10KPa，喷雾时间1h，得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、将氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体转移到管式炉中，抽真空，并加热到800℃，并通入乙烯气体（流速为100mL/min），在压强为1MPa的条件，进行碳沉积1h，得到得到硅氧碳复合材料。
[0022]实施例3一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将10g甲基乙烯基二氯硅烷添加到500g浓度为1wt%的(3
‑
氨丙基)二甲氧基甲基硅烷的1,3
‑
丁二醇溶液中分散均匀得到溶液A；S2、通过气体雾化法，以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，温度80℃，压强1KPa，喷雾时间6h，得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、将氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体转移到管式炉中，抽真空，并加热到400℃，并通入乙炔气体（流速为100mL/min），在压强为0.5MPa的条件，进行碳沉积6h，得到得到硅氧碳复合材料。
[0023]对比例1S1、将10g甲基二氯硅烷添加到300g浓度为3wt%(3
‑
氨丙基)三甲氧基硅烷的二丙醇溶液中，分散均匀得到溶液A，过滤，60℃真空干燥24h，得到纳米硅复合体；S2、将纳米硅复合体转移到管式炉中，抽真空，并加热到700℃，并通入甲烷气体（流速为100mL/min），进行碳沉积3h，得到无定形碳包覆纳米硅和硅氧化合物复合材料。
[0024]对比例2一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氯硅烷化合物添加到硅烷偶联剂溶液中分散均匀得到溶液A；S2、以羧酸化纳米硅为基体，溶液A为雾化气体，进行气体雾化得到氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体；S3、通入碳源气体对氯硅烷化合物包覆纳米硅复合体进行碳沉积，得到硅氧碳复合材料。2.根据权利要求1所述的动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述氯硅烷化合物包括甲基二氯硅烷、苯基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、戊基三氯硅烷、甲基乙烯基二氯硅烷、二甲基氯硅烷中的一种。3.根据权利要求1所述的动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含有氨基的硅烷偶联剂。4.根据权利要求1所述的动力电池用硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液所用的溶剂包括乙醇、二丙醇、2
‑
甲基
‑2‑
丙醇、1,3
‑
丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志涛，陈佐川，李四新，高永静，宋凡，
申请(专利权)人：河北坤天新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：