本发明专利技术公开了一种硅锡碳复合颗粒、碳基硅锡碳复合材料及其制备方法、极片和电化学装置。该碳基硅锡碳复合材料包括分散在碳基底中的若干个硅锡碳复合颗粒；硅锡碳复合颗粒包括壳层和封装在壳层内的含锡颗粒和纳米硅颗粒；壳层包括含锡碳层。本发明专利技术的碳基硅锡碳复合材料具有较佳的电导率和较低的电荷转移内阻。由该碳基硅锡碳复合材料组装的电池具有较佳的容量性能、循环性能和库伦效率。本发明专利技术的硅锡碳复合颗粒、碳基硅锡碳复合材料的制备方法简单、实用性较高、易于工业化生产。
1、多年来，随着汽车行业对锂离子电池的需求大幅度增加，下一代锂离子电池的高能量密度和高功率密度以及在高电流密度下改进的循环性能的需求也日益增长，因此需要的是一种具有长周期长寿命的高能量密度电极。最有前途取代石墨负极的是硅基和锡基材料，硅和锡理论容量分别为4200mah/g和990mah/g，低电位分别为～0.4vvsli/li+和～0.5vvsli/li+，但是硅和锡在锂合金体系中粉化和分层后的充放电过程发生巨大的体积变化，远远限制了该材料的容量和循环寿命。据大量研究人员报道，已通过诸多方法来克服这一缺陷，如基于本征材料的纳米化(如纳米孔，纤维化，颗粒纳米化)，碳质材料的复合，金属材料及其金属氧化物的复合等。
2、中国专利申请cn110336015a介绍了一种碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料的制备方法，通过聚乙烯吡咯烷酮辅助利用水合肼制备了氧化羟基锡酸铁纳米颗粒，并进一步利用三(羟甲基)氨基甲烷和碳源对其进行包覆，获得了碳包覆锡及锡铁合金锂离子电池负极材料。该法获得的材料的首圈容量达1000mah/g，循环50圈后容量约500mah/g。表明改法获得的负极材料较石墨负极而言，已有明显的容量优势，但锡材料的优势仍然未极大程度发挥。由此可见该法所获得的负极材料仍然不足以长期支撑汽车行业发展对电极材料的需求。
/>技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服了现有技术中锡基复合材料的容量性能和库伦效率较差的缺陷，而提供了一种硅锡碳复合颗粒、碳基硅锡碳复合材料及其制备方法、极片和电化学装置。本专利技术的碳基硅锡碳复合材料具有较佳的电导率和较低的电荷转移内阻。由该碳基硅锡碳复合材料组装的电池具有较佳的容量性能、循环性能和库伦效率。本专利技术的硅锡碳复合颗粒、碳基硅锡碳复合材料的制备方法简单、实用性较高、易于工业化生产。
2、本专利技术是采用下述技术方案解决上述技术问题。
3、本专利技术提供了一种碳基硅锡碳复合材料，其包括分散在碳基底中的若干个硅锡碳复合颗粒；所述硅锡碳复合颗粒包括壳层和封装在壳层内的含锡颗粒和纳米硅颗粒；
4、所述壳层包括含锡碳层。
5、本专利技术中，所述含锡颗粒可为纳米锡颗粒、氧化锡颗粒和氧化亚锡颗粒中的一种或多种。
6、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒中，硅的含量可为10％-40％，优选为16％-35％，例如33.8％、24.1％、23.6％、23.2％、22.8％、22.4％、22.2％、22.1％、21.9％、21.8％、21.5％、21.4％、21.1％、20.9％、20.8％、20.7％、19.9％、19.3％或18.1％。
7、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒中，锡的含量可为30％-60％，优选为35％-55％，例如51.8％、51.4％、50.3％、50.2％、49.1％、48.6％、48.2％、47.3％、47.1％、47.0％、46.3％、46.0％、45.8％、45.7％、45.6％、44.8％、44.7％、44.3％、44.2％、43.4％或39.4％。
8、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒中，碳的含量可为10％-30％，优选为15％-25％，例如22.7％、21.8％、20.7％、20.5％、20.1％、19.8％、19.7％、19.2％、18.9％、18.3％、18.1％、17.9％、17.8％、17.7％或17.6％。
9、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒中，氧的含量可为4％-20％，优选为6％-15％，例如14.1％、12.9％、12.7％、12.3％、11.9％、11.7％、11.2％、10.8％、10.4％、9.9％、9.8％、9.7％、9.3％、8.8％、8.3％、8.2％或7.5％。
10、上述各个元素的含量表示各个元素的质量占硅锡碳复合颗粒的质量的百分比。
11、本专利技术中，所述壳层优选为杂原子掺杂的含锡碳层。
12、其中，所述杂原子的种类优选为磷、硼、氮和硫中的一种或多种，例如氮。
13、其中，所述硅锡碳复合颗粒中，所述杂原子的含量可为0.01％-2％，优选为0.05％-1.5％，例如1.00％、0.09％、0.08％或0.07％。杂原子的含量表示杂原子的质量占硅锡碳复合颗粒的质量的百分比。
14、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒的结构优选还包括下述情况中的任一种：
15、(1)所述壳层还包括第二壳层，第二壳层包括硅膜层，所述第二壳层包覆在所述含锡碳层表面；
16、(2)所述壳层还包括第二壳层，第二壳层包括多孔碳层，所述第二壳层包覆在所述含锡碳层表面；
17、(3)所述壳层还包括第二壳层和第三壳层，第二壳层包括硅膜层，第三壳层包括多孔碳层，所述第二壳层、第三壳层依次包覆在所述含锡碳层表面。
18、本专利技术提供了一种如前所述的碳基硅锡碳复合材料的制备方法，其包括下述步骤：将所述硅锡碳复合颗粒和碳源b球磨、热解。
19、本专利技术中，所述碳源b的种类优选为糖类，更优选为蔗糖、麦芽糖和果糖中的一种或多种，例如蔗糖。
20、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒和所述碳源b的质量比可为(0.5-2)：1，例如1：1。
21、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒和碳源b球磨时，球料比可为(30-50)：1，例如50：1。球磨的转速可为350-550r/min，例如350r/min。球磨的时间可为1-3h，例如2h。
22、本专利技术中，所述硅锡碳复合颗粒和碳源b热解时，优选在惰性气氛下进行。所述惰性气氛优选为氩气、氮气、氦气或氖气，例如氮气。所述热解的温度可为350-700℃，例如550℃。所述热解的时间可为2-5h，例如3h。升温至所述热解的速率可为5-15℃/min，例如10℃/min。
23、本专利技术还提供了一种硅锡碳复合颗粒的制备方法，其包括下述步骤：将包括含锡物质的碳源包覆在“锡源和硅源的混合物”表面，碳化处理，可得所述硅锡碳复合颗粒。
24、本专利技术中，所述锡源优选为有机锡源，例如本领域常规的含锡的有机物。所述锡源的种类优选为三丁基苯基锡、四苯基锡、苯基乙炔三丁基锡和二丁基二苯基锡中的一种或多种，例如三丁基苯基锡。
25、本专利技术中，所述硅源可为本领域常规的含硅的材料，优选为硅粉和/或氧化硅粉。所述硅源的d50可为20-60nm，例如25nm。
26、本专利技术中，所述锡源和所述硅源的摩尔比可为(0.8-3)：1，优选为(1-2)：1，例如1.6：1。
27、本专利技术中，所述含锡物质可为本领域常规的含锡物质，优选为无水氯化锡、氯化亚锡、硫酸亚锡和有机酸/锡络合物中的一种或多种，例如无水氯化锡和/或有机酸/锡络合物。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳基硅锡碳复合材料，其特征在于，其包括分散在碳基底中的若干个硅锡碳复合颗粒；所述硅锡碳复合颗粒包括壳层和封装在壳层内的含锡颗粒和纳米硅颗粒；
2.如权利要求1所述的碳基硅锡碳复合材料，其特征在于，所述碳基硅锡碳复合材料满足下述条件(1)-(6)中的一种或多种：
3.一种如权利要求1或2所述的碳基硅锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将所述硅锡碳复合颗粒和碳源B球磨、热解。
4.如权利要求3所述的碳基硅锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳基硅锡碳复合材料的制备方法满足下述条件(1)-(6)中的一种或多种：
5.一种硅锡碳复合颗粒的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将包括含锡物质的碳源包覆在“锡源和硅源的混合物”表面，碳化处理，可得所述硅锡碳复合颗粒。
6.如权利要求5所述的硅锡碳复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述硅锡碳复合颗粒的制备方法满足下述条件(1)-(9)中的一种或多种：
7.如权利要求6所述的硅锡碳复合颗粒的制备方法，其特征在于，所述硅锡碳复合颗粒的制备方法满足下述条件(1)-(3)中的一种或多种：
8.一种硅锡碳复合颗粒，其特征在于，其采用如权利要求4-7中任一项所述的硅锡碳复合颗粒的制备方法制得。
9.一种极片，其特征在于，其包括如权利要求8所述的硅锡碳复合颗粒，或，如权利要求1或2所述的碳基硅锡碳复合材料。
10.一种电化学装置，其特征在于，其包括如权利要求9所述的极片。
...
【技术特征摘要】
1.一种碳基硅锡碳复合材料，其特征在于，其包括分散在碳基底中的若干个硅锡碳复合颗粒；所述硅锡碳复合颗粒包括壳层和封装在壳层内的含锡颗粒和纳米硅颗粒；
2.如权利要求1所述的碳基硅锡碳复合材料，其特征在于，所述碳基硅锡碳复合材料满足下述条件(1)-(6)中的一种或多种：
3.一种如权利要求1或2所述的碳基硅锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将所述硅锡碳复合颗粒和碳源b球磨、热解。
4.如权利要求3所述的碳基硅锡碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳基硅锡碳复合材料的制备方法满足下述条件(1)-(6)中的一种或多种：
5.一种硅锡碳复合颗粒的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将包括含锡物质的碳源包覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨广，顾凯，乔永民，王旭峰，胡钦山，何丽，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。