一种多孔硅碳负极材料及其制备方法与应用技术

技术编号：44512213 阅读：2 留言：0更新日期：2025-03-07 13:08

本发明专利技术属于二次电池技术领域，涉及二次电池负极，具体涉及一种多孔硅碳负极材料及其制备方法与应用。多孔硅碳负极材料包括多孔硅碳，所述多孔硅碳为多孔碳基体和沉积在多孔碳基体内的纳米硅，所述多孔硅碳表面包覆导电碳层，所述多孔硅碳内设置多个空间通道，所述空间通道被导电碳填充形成导电碳棒，所述导电碳棒与导电碳层一体成型为空间立体网络导电通道结构。本发明专利技术提供的多孔硅碳负极材料具备空间立体网络导电通道结构，能显著提升多孔硅碳负极材料的导电性能，大大降低全电池负极极片膜片电阻，同时提高全电池倍率性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于二次电池，涉及二次电池负极，具体涉及一种多孔硅碳负极材料及其制备方法与应用。

技术介绍

1、多孔硅碳作为第三代硅系负极材料，其原理为纳米硅沉积在多孔碳骨架上。相对于第一代硅负极(硅氧负极)和第二代硅负极(预锂化硅氧)，其兼顾了高容量、高首效(第一代硅氧首效低)，同时保证了负极低膨胀率(第一代和第二代硅氧的负极膨胀率都较大)是未来硅负极最优的产品。但是硅负极材料较石墨材料一直存在导电性差的问题，目前市面上的三代硅系列(多孔硅碳)在材料的导电性方面远差于石墨负极，做成成品电池之后对电池整体的倍率、电压平台都有较大的影响。针对于该问题，目前对三代硅碳的碳骨架及纳米硅的气相沉淀都进行了多轮的改善，如在生成碳骨架的碳源中添加导电性能强的导电材料，或者改进纳米硅的沉积，但是效果都不是很显著。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种多孔硅碳负极材料及其制备方法与应用，本专利技术提供的多孔硅碳负极材料具备空间立体网络导电通道结构，能显著提升多孔硅碳负极材料的导电性能，大大降低全电池负极极片膜片电阻，同时提高全电池倍率性能。

2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：

3、第一方面，一种多孔硅碳负极材料，包括多孔硅碳，所述多孔硅碳为多孔碳基体和沉积在多孔碳基体内的纳米硅，所述多孔硅碳表面包覆导电碳层，所述多孔硅碳内设置多个空间通道，所述空间通道被导电碳填充形成导电碳棒，所述导电碳棒与导电碳层一体成型为空间立体网络导电通道结构。</p>

4、本专利技术通过在多孔硅碳内部设置导电碳棒并与多孔硅碳表面的导电碳层一体成型形成空间立体网络导电通道结构，使得该材料不仅提高了颗粒表面的导电性能，而且提高了颗粒内部的导电性能，从而显著提升了多孔硅碳负极材料的导电性能。

5、第二方面，一种多孔硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、将第一碳源、第二碳源和无机盐制成含有无机盐的多孔碳基体；

7、采用硅源在所述多孔碳基体进行纳米硅沉积，获得纳米硅沉积碳基体；

8、将所述纳米硅沉积碳基体进行热处理，使内部无机盐分解挥发，挥发的气体在所述纳米硅沉积碳基体内形成由表面延伸至内部的空间通道；

9、将热处理后的纳米硅沉积碳基体进行酸洗；

10、以气态烃作为沉积碳源，将酸洗后的纳米硅沉积碳基体进行气相碳沉积，使得沉积碳填充至纳米硅沉积碳基体内的空间通道形成导电碳棒，同时使得沉积碳沉积在纳米硅沉积碳基体表面形成导电碳层。

11、本专利技术的上述制备方法在制备多孔碳基体时，将无机盐掺入至多孔碳基体内，先沉积纳米硅，填充多孔碳基体的表面和孔中，再进行热处理使得无机盐热解能够在纳米硅沉积碳基体内形成由表面延伸至内部的空间通道，经过酸洗去除金属杂质后再进行气相碳沉积，能够使得沉积碳同时填充空间通道并包覆在纳米硅沉积碳基体表面，从而一体成型形成空间立体网络导电通道结构，通过该结构能够显著提高多孔硅碳负极材料的导电性能。同时，本专利技术先沉积纳米硅再热解无机盐，能够避免后沉积纳米硅填充空间通道，使得空间通道堵塞，无法形成空间立体网络导电通道结构的问题。

12、另外，本专利技术采用气态烃作为沉积碳源进行气相碳沉积(即化学气相沉积)，能够使制备的沉积碳具有层状结构且层内碳原子通过共价键连接，即沉积碳为石墨，具有良好的导电性能，从而赋予空间立体网络导电通道结构导电性。

13、第三方面，一种上述多孔硅碳负极材料在制备负极极片中的应用。

14、第四方面，一种二次电池，包括正极、负极和电解质，所述负极中采用的活性材料包括上述多孔硅碳负极材料。

15、本专利技术的有益效果为：

16、本专利技术在多孔碳基体的制作原材料中加入了高温可分解产气的无机盐，该无机盐在纳米硅沉积后在后续的热处理中分解产气，其产生的气体在纳米硅沉积碳基体中挥发后产生气化空间通道。产生的气化空间通道在后续的碳沉积包覆中，会被碳沉积包覆覆盖(因为碳沉积包覆较多孔碳骨架更具有良好的导电性)从而形成空间立体网络的导电通道。相比于目前市场上常规的气相沉积硅碳其碳包覆只是附着于纳米硅及碳基体的表面，本专利技术多孔硅碳负极材料具备的空间立体网络导电通道使得材料的粉末导电性能大大提升，同时提升其全电池负极极片膜片电阻、全电池倍率性能。

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【技术保护点】

1.一种多孔硅碳负极材料，其特征是，包括多孔硅碳，所述多孔硅碳为多孔碳基体和沉积在多孔碳基体内的纳米硅，所述多孔硅碳表面包覆导电碳层，所述多孔硅碳内设置多个空间通道，所述空间通道被导电碳填充形成导电碳棒，所述导电碳棒与导电碳层一体成型为空间立体网络导电通道结构。

2.如权利要求1所述的多孔硅碳负极材料，其特征是，纳米硅的质量为所述多孔硅碳的质量的20～70％；

3.一种多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，所述第一碳源选自酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚四氟乙烯、丙烯酸树脂、葡萄糖、蔗糖中的一种或多种；

5.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，第一碳源、第二碳源和无机盐的质量比为90～95:0.2～5:1～10；

6.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，制备多孔碳基体的过程为：将第一碳源、第二碳源和无机盐混合造粒制成颗粒状物料，然后再惰性气氛条件下，将颗粒状物料烧

7.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，热处理的温度为650～1000℃；优选地，热处理的时间为2～5h；

8.一种权利要求1或2所述的多孔硅碳负极材料或权利要求3～7任一所述的制备方法获得的多孔硅碳负极材料在制备负极极片中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征是，所述负极极片由集流体和附着在集流体表面的活性层构成，所述活性层中的活性材料包括所述多孔硅碳负极材料；优选地，将活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂加入溶剂制成浆料，将浆料置于在集流体表面，干燥获得；优选地，所述活性材料还包括石墨；进一步优选地，石墨与多孔硅碳负极材料的质量比为15.0～20.0:1，优选为18.0～19.0:1。

10.一种二次电池，包括正极、负极和电解质，其特征是，所述负极中采用的活性材料包括权利要求1或2所述的多孔硅碳负极材料或权利要求3～7任一所述的制备方法获得的多孔硅碳负极材料。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述的多孔硅碳负极材料，其特征是，纳米硅的质量为所述多孔硅碳的质量的20～70％；

3.一种多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

5.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，第一碳源、第二碳源和无机盐的质量比为90～95:0.2～5:1～10；

6.如权利要求3所述的多孔硅碳负极材料的制备方法，其特征是，制备多孔碳基体的过程为：将第一碳源、第二碳源和无机盐混合造粒制成颗粒状物料，然后再惰性气氛条件下，将颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：何欢，张传健，陈先金，忽小宇，刘天雷，朱朋辉，黄海旭，李益权，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人