【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料，尤其涉及一种多层包覆的硅碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池是便携式电子设备、电动汽车及储能系统的理想电源，开发高比能量的新型电极材料是锂离子电池研究领域的核心内容。硅负极材料极高的理论比容量(4200mah/g)，有望取代石墨成为下一代锂离子电池的负极材料。然而硅负极的实际应用仍存在巨大挑战。
2、在锂化过程中，硅材料会经历体积膨胀(约300％)，导致其开裂、粉碎或从集流体上脱落，从而显著降低循环寿命。因此，硅负极材料通常需要进行碳包覆处理，制备硅碳复合材料以提升其导电性能并抑制体积膨胀效应。然而在目前的硅碳负极制备工艺中，碳包覆的改善效果仍有待提高。
3、公开号为cn 117038874a的中国专利公布了一种沥青包覆硅碳负极材料的方法。所述方法将沥青和低共熔溶剂作为铜箔刻蚀剂，使硅与铜箔稳定的粘结在一起，使得所制备的硅碳复合材料具有很好初始充放电容量。但该方法中的沥青碳包覆层没有受到进一步保护，其在大电流充电过程中，随着溶剂化锂离子的嵌入，容易发生石墨层间剥离，使材料结构破坏，造成锂电池容量不可逆损失。
4、专利cn 107658455 b公布了一种导电聚合物的外层包覆方法。所述方法通过硅烷偶联剂的桥链作用，使聚合物单体吸附在碳层表面，有效地束缚材料在充放电过程中的体积变化。但该方法制备得到的导电聚合物层附着力较差，难以保证硅碳负极材料长期循环过程中的结构稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种多层包覆的硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：
4、利用化学气相沉积在多孔碳上沉积硅纳米颗粒，得到硅碳基底；
5、利用化学气相沉积对所述硅碳基底进行碳包覆，形成碳包覆层，得到一次包覆的硅碳粗品；
6、将所述一次包覆的硅碳粗品与沥青、有机溶剂混合，除去有机溶剂，将所得沥青包覆体进行碳化，形成沥青碳包覆层，得到二次包覆的硅碳粗品；
7、利用等离子体接枝聚合法在所述二次包覆的硅碳粗品表面制备导电聚合物包覆层，得到多层包覆的硅碳材料。
8、优选的，所述利用化学气相沉积对所述硅碳基底进行碳包覆的条件包括：碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、环己烷、乙烯、丙烯或乙炔，进气速率为1～3l/min；碳包覆的温度为500～800℃，碳包覆的时间为0.5～2h。
9、优选的，所述沥青的质量为一次包覆的硅碳粗品的质量的2～10％；所述沥青的软化点温度<150℃。
10、优选的，所述碳化的温度为800～1200℃，保温时间为0.5～3h；所述碳化在惰性气体保护下进行。
11、优选的，所述利用等离子体接枝聚合法在所述二次包覆的硅碳粗品表面制备导电聚合物包覆层包括：将所述二次包覆的硅碳粗品置于等离子体腔室内，抽真空并升至接枝聚合的温度，通入惰性气体与汽化单体的混合气体进行接枝聚合，保温一段时间后冷却，在所述二次包覆的硅碳粗品表面形成聚合物包覆层。
12、优选的，所述接枝聚合的温度为150～300℃，保温时间为1～12h。
13、优选的，所述汽化单体为苯胺单体、吡咯单体、噻吩单体和4-乙撑二氧噻吩单体的一种或多种；所述汽化单体的通入流量为1～5ml/min；所述惰性气体的通入流量为50～200ml/min。
14、本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的多层包覆的硅碳材料，包括硅碳基底，以及由内到外依次包覆在所述硅碳基底表面的碳包覆层、沥青碳包覆层和导电聚合物层；所述硅碳基底包括多孔碳和分布在所述多孔碳孔道和表面中的硅纳米颗粒。
15、优选的，所述多层包覆的硅碳材料中硅的质量含量为25～50％；所述多层包覆的硅碳材料的平均粒径为3～15μm，比表面积为1～6.5m2/g。
16、本专利技术提供了上述方案所述的多层包覆的硅碳材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。
17、本专利技术提供了一种多层包覆的硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：利用化学气相沉积在多孔碳上沉积硅纳米颗粒，得到硅碳基底；利用化学气相沉积对所述硅碳基底进行碳包覆，形成碳包覆层，得到一次包覆的硅碳粗品；将所述一次包覆的硅碳粗品与沥青、有机溶剂混合，除去有机溶剂，将所得沥青包覆体进行碳化，形成沥青碳包覆层，得到二次包覆的硅碳粗品；利用等离子体接枝聚合法在所述二次包覆的硅碳粗品表面制备导电聚合物包覆层，得到多层包覆的硅碳材料。
18、本专利技术在硅碳负极材料的沥青二次包覆工艺的基础上，通过等离子体原位聚合技术实现了在沥青包覆层外的第三次碳包覆，该原位包覆层(即导电聚合物层)附着力强，不易发生脱落、破碎；同时导电聚合物层避免了沥青碳层的结构破坏问题，并进一步抑制了硅颗粒的体积膨胀效应。因此，本专利技术制备的硅碳材料具有良好的结构稳定性，作为锂离子电池的负极材料循环稳定性好，比容量和首次库伦效率高。
19、此外，本专利技术以沥青为前驱体进行二次碳包覆，使硅碳表面的碳包覆层更加均匀，同时适度增加碳包覆层厚度，提升整体导电性和硅膨胀抑制效果。
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1.一种多层包覆的硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用化学气相沉积对所述硅碳基底进行碳包覆的条件包括：碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、环己烷、乙烯、丙烯或乙炔，进气速率为1～3L/min；碳包覆的温度为500～800℃，碳包覆的时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沥青的质量为一次包覆的硅碳粗品的质量的2～10％；所述沥青的软化点温度<150℃。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为800～1200℃，保温时间为0.5～3h；所述碳化在惰性气体保护下进行。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用等离子体接枝聚合法在所述二次包覆的硅碳粗品表面制备导电聚合物包覆层包括：将所述二次包覆的硅碳粗品置于等离子体腔室内，抽真空并升至接枝聚合的温度，通入惰性气体与汽化单体的混合气体进行接枝聚合，保温一段时间后冷却，在所述二次包覆的硅碳粗品表面形成聚合物包覆层。
6.根据权利要求5所述的制备
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述汽化单体为苯胺单体、吡咯单体、噻吩单体和4-乙撑二氧噻吩单体的一种或多种；所述汽化单体的通入流量为1～5mL/min；所述惰性气体的通入流量为50～200mL/min。
8.权利要求1～7任一项所述制备方法制备得到的多层包覆的硅碳材料，其特征在于，包括硅碳基底，以及由内到外依次包覆在所述硅碳基底表面的碳包覆层、沥青碳包覆层和导电聚合物层；所述硅碳基底包括多孔碳和分布在所述多孔碳孔道和表面中的硅纳米颗粒。
9.根据权利要求8所述的多层包覆的硅碳材料，其特征在于，所述多层包覆的硅碳材料中硅的质量含量为25～50％；所述多层包覆的硅碳材料的平均粒径为3～15μm，比表面积为1～6.5m2/g。
10.权利要求8或9所述的多层包覆的硅碳材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多层包覆的硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用化学气相沉积对所述硅碳基底进行碳包覆的条件包括：碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、环己烷、乙烯、丙烯或乙炔，进气速率为1～3l/min；碳包覆的温度为500～800℃，碳包覆的时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沥青的质量为一次包覆的硅碳粗品的质量的2～10％；所述沥青的软化点温度<150℃。
4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的温度为800～1200℃，保温时间为0.5～3h；所述碳化在惰性气体保护下进行。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用等离子体接枝聚合法在所述二次包覆的硅碳粗品表面制备导电聚合物包覆层包括：将所述二次包覆的硅碳粗品置于等离子体腔室内，抽真空并升至接枝聚合的温度，通入惰性气体与汽化单体的混合气体进行接枝聚合，保温一段时间后冷却，在所述二次包覆的硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜洪彦，田晓录，赵春利，李春辉，刘严，杨溪芹，张晶晶，
申请(专利权)人：烟台先进材料与绿色制造山东省实验室，
类型：发明
国别省市：
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