【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，尤其是指一种硅碳负极材料、制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着绿色能源的兴起，当前最先进的锂离子电池(libs)的能量密度有限，开发高比容量的电极材料是提高锂离子电池能量密度的有效途径。在这方面，硅材料由于其突出的容量优势(4200mahg)、环境友好、性价比高的合金化机制的硅负极成为替代商用石墨负极的最佳候选材料之一。
2、但是硅负极材料的稳定性较差，为了提高硅负极颗粒的循环稳定性，在硅材料表面涂碳是一种比较常用的方法。通过在硅负极颗粒上进行无定形碳包覆，使得由这种碳包覆的硅碳负极材料构建的电极表现出高的初始比容量和一定的循环稳定性，但是在无定形碳包覆的硅的内部锂离子传输能力较低，容易发生极化、材料抗压能力低，不利于材料的倍率性能发挥，电池寿命也较短，此问题限制了硅碳负极材料的应用。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种硅碳负极材料、制备方法及其应用。
2、本专利技术通过以下方案实现：
3、本专利技术的第一个目的在于提供一种硅碳负极材料，包括多孔碳和由硅晶颗粒构成的碳硅内核，以及由内到外依次包覆在碳硅内核表面的氧化层、无机层和碳沉积层；硅晶颗粒分布于多孔碳中；所述多孔碳含有碳化的醋酸纤维素，碳化的醋酸纤维素镶嵌在多孔碳中；所述氧化层含有硅元素和氧元素；所述无机层含有磷酸盐、偏铝酸盐、硅酸盐中的一种或多种。
4、进一步的，所述碳硅内核的直径大小为0.3-80μm；所述氧化层的厚度为2n
5、在本专利技术的一个实施例中：
6、a)、所述硅晶颗粒通过沉积方式分布于多孔碳中，所述硅晶颗粒包括晶体硅和无定形硅，且晶体硅的颗粒大小≤4nm；
7、b)、所述负极材料的比表面积为0.7-6.0m2/g；
8、c)、所述负极材料的中值粒径dv50为3-18μm；
9、d)、硅元素和碳元素在所述负极材料的质量占比为90％-99.9％。
10、进一步的，所述醋酸纤维素为二醋酯纤维和/或三醋酯纤维。
11、本专利技术的第二个目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
12、(1)、将碳源和醋酸纤维素混合物混合，加热成碳，洗涤、破碎得到多孔碳；
13、(2)、多孔碳置于沉积装置中，硅烷沉积在多孔碳的孔隙中，得到碳硅内核；将碳硅内核和无机盐混合，进行球磨、过筛得到表面包覆氧化层、无机层的碳硅内核；
14、(3)、将所述表面包覆氧化层、无机层的碳硅内核送至沉积装置中，通入气态碳源，进行碳沉积，得到所述碳硅内核表面由内到外依次包覆氧化层、无机层、碳沉积层的硅碳负极材料。
15、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中：
16、所述碳源为聚乙烯醇、酚醛树脂、环氧树脂、聚氧乙烯、糠醛树脂、脲醛树脂的一种或几种；
17、所述醋酸纤维素混合物由以下方法制备得到:将5-30份质量的二醋酯纤维和/或三醋酯纤维分散在100份质量的离子液体中，所述离子液体为含1-15wt％的氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠、次氯酸钾、草酸钠、磷酸钠或者磷酸锂一种或几种的水溶液；
18、所述醋酸纤维素混合物与碳源的质量比为(0.001-0.12)：1。
19、在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中：
20、所述加热成碳的条件：加热温度1000-1600℃，加热时间4-12h；
21、所述洗涤条件：洗涤温度60-95℃，洗涤时间1-3h。
22、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中：
23、所述硅烷沉积在多孔碳的孔隙的制备方法为：沉积装置的反应温度在300-750℃，通入惰性气体，排除内部空气，通入流速为0.05-2l/s的混合硅烷进行硅裂解2-8h，所述混合硅烷为硅烷和惰性气体的混合气体，所述硅烷和惰性气体气流比为1：(0.05-8)；
24、球磨前，所述碳硅内核与无机盐的质量比为1：(0.001-0.012)。
25、在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中：
26、所述无机盐包括三聚磷酸钠、磷酸铵、磷酸锂、磷酸钠、氟磷酸锂、氟磷酸钠、氟磷酸铵、磷酸镁、磷酸铝、磷酸钾、偏铝酸锂、偏铝酸镁、硅酸锂、硅酸铝、硅酸镁中的一种或多种；、
27、所述硅烷为甲硅烷、乙硅烷、丙硅烷的一种或几种；
28、所述惰性气体为氮气、氩气、氦气、氙气的一种或几种
29、在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中：
30、所述气态碳源包括甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、丙炔、丁炔、乙烯中的一种或几种；
31、所述碳沉积的制备方法：气态碳源在温度400-750℃下，在表面包覆氧化层、无机层的碳硅内核表面裂解，直至沉积至厚度为2nm-65nm的碳沉积层。
32、本专利技术的第三个目的在于提供一种负极片，包括粘结材料、石墨材料、导电材料，还包括所述的硅碳负极材料或以上所述的制备方法所制备得到的硅碳负极材料。
33、在本专利技术的一个实施例中，所述硅碳负极材料、石墨材料、粘结材料、导电材料的质量比为(2-45)：(30-98)：(0.4-6)：(0.4-6)。
34、本专利技术的第四个目的在于提供一种负极片的制备方法，包括以下步骤，先先将导电材料、硅碳负极材料、石墨材料置于搅拌机的搅拌锅预先混合30min-3h，加溶剂去离子水、粘结材料于容器中，抽至搅拌锅为真空状态，继续搅拌3-8h，继续加溶剂去离子水至黏度1-6.0pa.s之间，得到电极浆液；再将电极浆液挤压在薄膜材料上，干燥、辊压，即为负极片。
35、本专利技术的第五个目的在于提供一种二次电池，包括所述的负极片。
36、本专利技术的第六个目的在于提供一种二次电池的制备方法，包括以下步骤：将负极片、隔离膜、正极片依次叠放、卷绕得到裸电芯、极耳焊接，裸电芯电芯放入电池铝壳/软包铝塑膜、顶侧封、烘干除去水分、注入电解液于电池壳、化成、定容量、排气封口，最终得到二次电池。
37、本专利技术所述的氧化层形成原因：在包覆无机层的条件下所述碳硅内核的外层的硅会被氧化，得到氧化亚硅，也就是氧化层在内核包覆完无机盐后就形成了，氧化层的成分主要是氧化亚硅。
38、所述醋酸纤维素混合物为水溶液游离阳离子与纤维素羟基质子构成氢键并形成的络合复合物。醋酸纤维素表面具有大量活性官能团(-c-o-c-、-oh、-cooh)，它们能与阳离子形成分子间强作用力(氢键)，这会使醋酸纤维素在表面特定范围内呈电负性，且通过静电吸附吸引均匀排布于碳源内部，降低团聚，有利于碳化纤维素均匀镶嵌于多孔碳中，从而提高了多孔碳骨架强度，有利于提高多孔碳骨架分散抵抗膨胀收缩应力、抗压能力更高，进而提高了材料的抗压能力、材料加工性能更好、压密上限更高。
39、本专利技术的上述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳和由硅晶颗粒构成的碳硅内核，以及由内到外依次包覆在碳硅内核表面的氧化层、无机层和碳沉积层；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述醋酸纤维素为二醋酯纤维和/或三醋酯纤维。
5.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，
11.一种负极片，包括粘结材料、石墨材料、导电材料，其特征在于，还包括权利要求1-4中任一项所述的硅碳负极材料或权利要求5-10中任一项所述的制备方法所制备得到的硅碳
12.根据权利要求11所述的负极片，其特征在于，所述硅碳负极材料、石墨材料、粘结材料、导电材料的质量比为(2-45)：(30-98)：(0.4-6)：(0.4-6)。
13.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求11或12所述的负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳和由硅晶颗粒构成的碳硅内核，以及由内到外依次包覆在碳硅内核表面的氧化层、无机层和碳沉积层；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述醋酸纤维素为二醋酯纤维和/或三醋酯纤维。
5.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
8.根据权利要求5所述的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：张一恒，钟应声，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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