【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电极材料的，尤其是涉及一种高倍率硅碳负极材料及其制备方法、应用。
技术介绍
1、随着消费类电子产品、新能源汽车和电动飞行器的发展，市场对高能量密度和快充型电极材料的需求越来越迫切。石墨负极材料的理论克容量仅有372ma·h/g，硅材料具有4200ma·h/g的理论克容量，在室温下合金化形成li15si4，克容量可达到3579ma·h/g，所以将硅材料运用于电池负极，能够大幅度提高电池的能量密度。
2、硅材料虽然具有高克容量，但是也具有巨大的充电体积膨胀，过大的体积膨胀容易导致颗粒破裂，使负极容量迅速衰减，导致电池循环性能不足；同时，硅作为半导体材料，具有较大的阻抗，高倍率充放电过程容易产生较大极化，这限制了其在终端产品的应用。
3、目前，硅负极材料的应用大多是在匀浆过程中加入特殊导电剂和粘结剂，从而达到降低阻抗和限制膨胀的效果，但硅材料内部的阻抗和膨胀并未得到明显改善。
4、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种高倍率硅碳负极材料，充放电阻抗较小，充电体积膨胀较小，具有较高的首次可逆容量和较高的首次效率，有利于提高锂离子二次电池的倍率性能和能量密度。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种高倍率硅碳负极材料的制备方法，工艺简单，适合工业化生产，能够降低负极材料的充放电阻抗，也能够使负极材料具有较低的充电体积膨胀。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种高倍率硅碳负极材料的
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，一种高倍率硅碳负极材料，包括多孔碳内核、纳米硅颗粒和有机裂解碳包覆层；
6、所述多孔碳内核包含有导电碳添加剂、氮元素和磷元素；
7、所述纳米硅颗粒分散于多孔碳内核的内部孔隙和外表面孔隙；
8、所述导电碳添加剂穿插于纳米硅颗粒和多孔碳内核的间隙中；
9、所述氮元素以吡啶氮、吡咯氮和/或石墨氮的形式存在于多孔碳内核中；
10、所述磷元素以分子和/或原子水平分布在多孔碳内核中；
11、所述有机裂解碳包覆层分布在多孔碳内核的孔隙和外表面。
12、进一步的，所述导电碳添加剂在硅碳负极材料中的占比为0.01wt%~1wt%；
13、优选地，所述氮元素和磷元素在硅碳负极材料中的总占比为0.01wt%~1wt%；
14、优选地，所述硅碳负极材料的平均粒度d50为0.5μm~5μm。
15、进一步的，所述导电碳添加剂包括零维导电碳、一维导电碳以及二维导电碳中的至少一种；
16、优选地，所述零维导电碳的尺寸为0.1nm~100nm；
17、优选地，所述一维导电碳的直径为0.1nm~50nm，长度为100nm~2000nm；
18、优选地，所述二维导电碳的厚度为0.1nm~10nm，直径为100nm~500nm。
19、进一步的，所述硅碳负极材料的孔容在0.01cm³/g以下；
20、优选地，所述硅碳负极材料的最可几孔径在3nm以下；
21、优选地，所述硅碳负极材料的比表面积不超过5m²/g。
22、进一步的，所述纳米硅的晶粒尺寸在2nm以下；
23、优选地，所述纳米硅在硅碳负极材料中的占比为10wt%~90wt%；
24、优选地，所述有机裂解碳包覆层在硅碳负极材料中的占比为0.1wt%~10wt%。
25、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：
26、硬碳前驱体进行热解碳化，得到多孔碳，取所述多孔碳吸附硅烷类化合物，随后使所述硅烷类化合物在多孔碳内热解沉积纳米硅颗粒，之后在多孔碳内核的孔隙和外表面包覆有机裂解碳层，得到所述硅碳负极材料；
27、其中，所述硬碳前驱体内部掺杂有导电碳添加剂、氮元素以及磷元素。
28、进一步的，所述硬碳前驱体的制备方法包括以下步骤：
29、可溶性生物质原料与导电碳添加剂、氮元素化合物、磷元素化合物以及水进行混合反应，使所述生物质原料脱水聚合，得到所述硬碳前驱体；
30、其中，所述生物质原料包括单糖、二糖以及多糖中的至少一种；
31、所述混合反应的温度为150℃~375℃。
32、进一步的，所述热解碳化的温度为400℃~1000℃，热解碳化的时间为1h~12h。
33、进一步的，所述硅烷类化合物热解的温度为400℃~700℃，热解的时间为1h~12h。
34、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。
35、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
36、本专利技术提供的高倍率硅碳负极材料，该硅碳负极材料内部包含导电碳添加剂、氮元素以及磷元素，导电碳添加剂、氮元素和磷元素及其特定含量能够有效降低负极材料的充放电阻抗，而且该硅碳负极材料具有较小的平均粒度（平均粒度d50为0.5μm~5μm），配合较小的硅晶粒尺寸（例如晶粒尺寸在2nm以下），能够显著降低充电体积膨胀，还具有较高的首次可逆容量和较高的首次效率，因此有利于提高锂离子二次电池的倍率性能和能量密度。
37、本专利技术提供的高倍率硅碳负极材料的制备方法，不仅工艺简单，成功率高，适合工业化生产，而且能够有效降低负极材料的充放电阻抗，也能够使负极材料具有较低的充电体积膨胀。
38、本专利技术提供的高倍率硅碳负极材料的应用，能够有效提高锂离子二次电池的倍率性能和能量密度，取得了突出的应用效果。
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1.一种高倍率硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳内核、纳米硅颗粒和有机裂解碳包覆层；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电碳添加剂在硅碳负极材料中的占比为0.01wt%~1wt%；
3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电碳添加剂包括零维导电碳、一维导电碳以及二维导电碳中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任一项所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的孔容在0.01cm³/g以下；
5.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅的晶粒尺寸在2nm以下；
6.一种权利要求1-5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：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热解碳化的温度为400℃~1000℃，热解碳化的时间为1h~12h。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷类化合物热解的温度为400℃
10.一种权利要求1-5任一项所述的硅碳负极材料在锂离子二次电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高倍率硅碳负极材料，其特征在于，包括多孔碳内核、纳米硅颗粒和有机裂解碳包覆层；
2.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电碳添加剂在硅碳负极材料中的占比为0.01wt%~1wt%；
3.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述导电碳添加剂包括零维导电碳、一维导电碳以及二维导电碳中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任一项所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的孔容在0.01cm³/g以下；
5.根据权利要求1所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅的晶粒尺寸在2...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈厚富，胡亮，梅海龙，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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