本发明专利技术提供了一种硅碳负极材料及其制备方法、应用，涉及电极材料的技术领域，该硅碳负极材料包括多孔碳和分散于该多孔碳上的纳米硅；多孔碳包括热裂解碳和分散于该热裂解碳内的长程碳纳米管；其中，长程碳纳米管在硅碳负极材料中的占比为0.1wt%~5wt%；长程碳纳米管的长度为2μm~20μm，直径为1nm~100nm。本发明专利技术解决了现有技术中锂离子电池能量密度低、循环性能差的技术问题，达到了充电体积膨胀低、首次可逆容量高、首次效率高，以及循环寿命长的技术效果。
1、随着消费类电子产品、新能源汽车和电动飞行器的发展，对高能量密度和快充电极材料的需求越来越迫切。目前，商用石墨负极材料已逼近其理论克容量372ma·h/g。硅材料则具有高达4200ma·h/g的理论克容量，在室温下合金化形成li15si4，其克容量可达到3579ma·h/g。因此，将硅材料应用于电池负极，有利于大幅提高电池的能量密度。
2、然而，硅材料在具有高克容量的同时也伴随着巨大的充电体积膨胀，过大的体积膨胀容易导致颗粒破裂，导致负极容量迅速衰减，造成大幅降低电池的循环性能；此外，硅作为半导体材料，具有较大的阻抗，低膨胀长循环充放电过程时容易产生较大极化，限制了其在终端产品的应用。
3、现有技术中依靠硅烷的气相裂解沉积，虽然能够获得尺寸较为极限的纳米硅颗粒，但是相比于石墨，其仍然具有较大的体积膨胀，这限制了在石墨中的掺混比例，从而导致难以有效提高电池的能量密度。
>4、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：5、第一方面，一种硅碳负极材料，包括多孔碳和分散于所述多孔碳上的纳米硅；
6、所述多孔碳包括热裂解碳和分散于所述热裂解碳内的长程碳纳米管；
7、所述长程碳纳米管在硅碳负极材料中的占比为0.1wt%~5wt%；
8、所述长程碳纳米管的长度为2μm~20μm，直径为1nm~100nm。
9、进一步的，所述硅碳负极材料的平均粒径d50为0.5μm~15μm；
10、优选地，所述硅碳负极材料的孔容＜0.01cm³/g，最可几孔径＜3nm，比表面积≤5m²/g。
11、进一步的，所述硅碳负极材料的电阻率为10mω·cm~1000mω·cm。
12、进一步的，所述纳米硅的晶粒尺寸＜2nm；
13、优选地，所述纳米硅在硅碳负极材料中的占比为10wt%~90wt%。
14、第二方面，一种上述任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
15、将含长程碳纳米管的硬碳前驱体热解碳化后再进行活化处理，得到多孔碳，取所述多孔碳进行纳米硅沉积，得到所述硅碳负极材料。
16、进一步的，所述纳米硅沉积之后还包括将所得硅碳材料进行包覆处理的步骤；
17、优选地，所述包覆处理的方式包括通过碳源气体进行碳包覆。
18、进一步的，所述含长程碳纳米管的硬碳前驱体的制备方法包括以下步骤：
19、将碳源、长程碳纳米管以及水混合反应，使碳源进行脱水聚合，得到所述含长程碳纳米管的硬碳前驱体；
20、优选地，所述碳源包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、蔗糖、麦芽糖、大米淀粉、绿豆淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、纤维素以及酚醛树脂中的至少一种；
21、优选地，所述长程碳纳米管包括酸处理后的寡壁、单壁以及多壁的碳纳米管中的至少一种；
22、优选地，所述混合反应的温度为150℃~375℃；
23、优选地，所述混合反应的压力为2mpa~8mpa。
24、进一步的，所述热解碳化的温度为800℃~1400℃；
25、优选地，所述热解碳化的时间为1h~12h。
26、进一步的，所述活化处理包括物理活化法和化学活化法中的至少一种；
27、优选地，所述物理活化法采用的气体包括水蒸气、空气以及二氧化碳中的至少一种；
28、优选地，所述纳米硅沉积的方式包括通过硅烷类化合物进行热解沉积；
29、优选地，所述热解沉积的温度为300℃~800℃；
30、优选地，所述热解沉积的时间为1h~12h。
31、第三方面，一种上述任一项所述的硅碳负极材料在锂离子二次电池中的应用。
32、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
33、本专利技术提供的硅碳负极材料，长程碳纳米管均匀分布在材料内部，长程碳纳米管具有较高的耐拉强度，因此能够提高硅碳负极材料的结构强度，限制其充电体积膨胀，同时也能降低材料的充放电阻抗；总之，在特定长程碳纳米管及其含量和纳米硅晶粒的共同作用下，本专利技术有效降低了充电体积膨胀，同时提高了首次可逆容量和首次效率，使得硅碳负极材料具有低膨胀长循环的特点。
34、本专利技术提供的硅碳负极材料的制备方法，工艺简单、高效，成功率高，适合工业化生产。
35、本专利技术提供的硅碳负极材料的应用，能够有效降低锂离子电池的膨胀，有效提升锂离子电池的循环寿命，取得突出应用效果。
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【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳和分散于所述多孔碳上的纳米硅；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的平均粒径D50为0.5μm~15μm；
3.根据权利要求1或2所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的电阻率为10mΩ·cm~1000mΩ·cm。
4.根据权利要求1或2所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅的晶粒尺寸＜2nm；
5.一种权利要求1-4任一项所述的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，所述纳米硅沉积之后还包括将所得硅碳材料进行包覆处理的步骤；
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述含长程碳纳米管的硬碳前驱体的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热解碳化的温度为800℃~1400℃；
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述活化处理包括物理活化法和化学活化法中的至少一种；
10.一种权利要求1-4任一项所述的硅碳负极材料在锂离子二次电池中的应用。
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【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳和分散于所述多孔碳上的纳米硅；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的平均粒径d50为0.5μm~15μm；
3.根据权利要求1或2所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的电阻率为10mω·cm~1000mω·cm。
4.根据权利要求1或2所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅的晶粒尺寸＜2nm；
5.一种权利要求1-4任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：梅海龙，胡亮，陈厚富，邝群峰，
申请(专利权)人：赣州立探新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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