一种硅碳复合材料的制备方法和硅碳复合材料技术

本发明专利技术公开了一种硅碳复合材料的制备方法和硅碳复合材料，包括制备得到多孔碳掺杂多孔铜复合体，然后采用硅烷裂解法在多孔碳掺杂多孔铜复合体上沉积纳米硅，得到硅碳复合材料；制备多孔碳掺杂多孔铜复合体的操作步骤至少包括：S11)、将二硫化碳、活性炭以及粘接剂混合均匀压制到泡沫铜中，压制成片状结构；S12)、将步骤S11)得到的片状结构转移到碳化装置中，在惰性气氛下，加热碳化得到多孔碳掺杂多孔铜复合体；本发明专利技术明显改善了单纯采用纯多孔碳作为基体沉积纳米硅存在自身纳米硅无法完全沉积在多孔碳中，进而造成纳米硅的外露影响其膨胀及其高温存储性能，同时弥补了采用纯多孔金属沉积纳米硅一致性差以及效率低等方面存在的明显缺陷问题。的明显缺陷问题。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合材料的制备方法和硅碳复合材料


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种硅碳复合材料的制备方法和硅碳复合材料。

技术介绍

[0002]采用硅烷裂解法制备得到的硅碳材料以其膨胀低，循环性能好等优点有望在高能量密度的锂离子电池中应用。但是由于纳米硅沉积在多孔碳材料中，多孔碳自身存在多孔结构，造成其材料的电子导电率较差，影响其倍率性能。而改善多孔碳材料电子导电性的措施主要包括提升材料之间的致密度，通过金属元素掺杂提升材料的电子导电性，或采用多孔金属作为基体沉积纳米硅。进一步来说，采用多孔金属作为基体沉积纳米硅，利用其多孔结构降低膨胀，同时还可以利用金属材料电子导电率高的特性，降低阻抗，提升倍率；然而采用多孔金属基体沉积纳米硅替代多孔碳，不利于纳米硅的沉积且存在纳米硅的沉积一致性差及其沉积效率低的问题。
[0003]为此，本申请人希望寻求技术方案来对以上技术问题进行改进。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种硅碳复合材料的制备方法和硅碳复合材料，明显改善了单纯采用纯多孔碳作为基体沉积纳米硅存在自身纳米硅无法完全沉积在多孔碳中，进而造成纳米硅的外露使其膨胀大及其高温存储性能差的问题，同时弥补了采用纯多孔金属沉积纳米硅一致性差以及效率低等方面存在的明显缺陷问题，适合进行大规模生产应用。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种硅碳复合材料的制备方法，包括制备得到多孔碳掺杂多孔铜复合体，然后采用硅烷裂解法在所述多孔碳掺杂多孔铜复合体上沉积纳米硅，得到所述硅碳复合材料。
[0007]优选地，制备所述多孔碳掺杂多孔铜复合体的操作步骤至少包括：
[0008]S11)、将二硫化碳、活性炭以及粘接剂混合均匀压制到泡沫铜中，压制成片状结构；
[0009]S12)、将步骤S11)得到的片状结构转移到碳化装置中，在惰性气氛下，加热碳化得到所述多孔碳掺杂多孔铜复合体。
[0010]优选地，在所述步骤S11)中，所述粘接剂采用聚偏氟乙烯。
[0011]优选地，在所述步骤S11)中，二硫化碳、活性炭、聚氟偏氟乙烯和泡沫铜的质量比为0.2
‑
5:5
‑
50:0.1
‑
10:100，更优选为0.5
‑
2:10
‑
30:1
‑
5:100。
[0012]优选地，在所述步骤S11)中，所述泡沫铜的传热系数：＞6w/(m2k)；和/或所述泡沫铜的机械强度≥2.5MPa；和/或所述泡沫铜的拉伸强度为5
‑
18KPa；和/或所述泡沫铜的孔径范围为0.01
‑
1mm；和/或所述泡沫铜的孔隙率范围为60
‑
95％。
[0013]优选地，在所述步骤S11)中，所述活性炭的孔径范围为1
‑
10nm；和/或所述活性炭
的比表面积为500
‑
2000m2/g；和/或所述活性炭的机械强度
[0014]≥0.5MPa。
[0015]优选地，在所述步骤S12)中，在温度为200
‑
400℃的条件下，加热碳化得到所述多孔碳掺杂多孔铜复合体。
[0016]优选地，所述硅烷裂解法至少包括如下操作步骤：
[0017]将所述多孔碳掺杂多孔铜复合体转移到真空腔中，对所述真空腔抽真空后通入硅烷气体得到所述硅碳复合材料。
[0018]优选地，将所述真空腔抽真空至≤100pa后通入硅烷气体，保持压强为1
‑
2MPa，并加热到300
‑
500℃，所述硅烷气体的通入时间不低于1小时，优选为1
‑
6小时。
[0019]优选地，一种硅碳复合材料，采用如上所述的制备方法得到。
[0020]本申请制备得到了特定的多孔碳掺杂多孔铜复合体，通过实验验证后，本申请人惊喜地发现该多孔碳掺杂多孔铜复合体不仅利用多孔铜自身丰富的多孔结构，力学强度高，束缚其纳米硅的膨胀及其降低电子阻抗，提升循环和倍率性能，同时还发挥了其多孔碳和多孔铜之间的协同效应，不仅骨架强度高，同时利用多孔碳自身小的孔径和多孔铜大的孔径，并发挥其两者孔径之间的协同效应，提升沉积纳米硅的一致性及其效率，明显改善了单纯采用纯多孔碳沉积纳米硅存在自身纳米硅无法完全沉积在多孔碳中，进而造成纳米硅的外露影响其膨胀及其高温存储性能，同时弥补了采用纯多孔金属沉积纳米硅一致性差以及效率低等方面存在的明显缺陷问题，适合进行大规模生产应用。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1制备得到硅碳复合材料的SEM图；
[0022]图2是本专利技术具体实施方式下多孔碳掺杂多孔铜复合体的制备步骤框图。
具体实施方式
[0023]本实施例提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括制备得到多孔碳掺杂多孔铜复合体，然后采用硅烷裂解法在多孔碳掺杂多孔铜复合体上沉积纳米硅，得到硅碳复合材料。
[0024]优选地，在本实施方式中，请参见图2所示，制备多孔碳掺杂多孔铜复合体的操作步骤至少包括：
[0025]S11)、将二硫化碳、活性炭以及粘接剂混合均匀压制到泡沫铜中，压制成片状结构；其中，粘接剂优选采用聚偏氟乙烯；二硫化碳、活性炭、聚氟偏氟乙烯和泡沫铜的质量比为0.2
‑
5:5
‑
50:0.1
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10:100，更优选为0.5
‑
2:10
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30:1
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5:100，进一步优选为0.5
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1.5:15
‑
25:1
‑
5:100；
[0026]优选地，为了进一步增强多孔碳和多孔铜之间的协同效应，在步骤S11)中，泡沫铜的传热系数：＞6w/(m2k)；和/或泡沫铜的机械强度≥2.5MPa；和/或泡沫铜的拉伸强度为5
‑
18KPa；和/或泡沫铜的孔径范围为0.01
‑
1mm；和/或泡沫铜的孔隙率范围为60
‑
95％。
[0027]优选地，为了进一步增强多孔碳和多孔铜之间的协同效应，在步骤S11)中，活性炭的孔径范围为1
‑
10nm；和/或活性炭的比表面积为500
‑
2000m2/g；和/或活性炭的机械强度≥0.5MPa。
[0028]S12)、将步骤S11)得到的片状结构转移到碳化装置中，在惰性气氛下，加热碳化(优选在温度为200
‑
400℃的条件下，碳化时间优选为1
‑
8小时，更优选为1
‑
6小时)得到多孔碳掺杂多孔铜复合体；本实施例采用低温条件沉积无定形碳，可降低硅晶粒的尺寸，从而进一步降低膨胀和提升循环性能。
[0029]优选地，本实施方式中，硅烷裂解法至少包括如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括制备得到多孔碳掺杂多孔铜复合体，然后采用硅烷裂解法在所述多孔碳掺杂多孔铜复合体上沉积纳米硅，得到所述硅碳复合材料。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备所述多孔碳掺杂多孔铜复合体的操作步骤至少包括：S11)、将二硫化碳、活性炭以及粘接剂混合均匀压制到泡沫铜中，压制成片状结构；S12)、将步骤S11)得到的片状结构转移到碳化装置中，在惰性气氛下，加热碳化得到所述多孔碳掺杂多孔铜复合体。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S11)中，所述粘接剂采用聚偏氟乙烯。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S11)中，二硫化碳、活性炭、聚氟偏氟乙烯和泡沫铜的质量比为0.2
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5:5
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50:0.1
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10:100，更优选为0.5
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2:10
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30:1
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5:100。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S11)中，所述泡沫铜的传热系数：＞6w/(m2k)；和/或所述泡沫铜的机械强度≥2.5MPa；和/或所述泡沫铜的拉伸强度为5
‑
18KPa；...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟涛，邢显博，刘登华，陈英楠，
申请(专利权)人：胜华新材料科技眉山有限公司东营胜华盈创新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：