一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池技術

本發明專利技術公開了一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池，其中所述硅碳復合材料，包括內核及包覆在所述內核表面的外殼，其中所述內核為SiO

【技術實現步驟摘要】
一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池


[0001]本專利技術屬于鋰離子電池材料制備領域，具體的說是一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池。

技術介紹

[0002]硅碳材料以其能量密度高、材料來源廣泛等優點，而應用于高能量密度的鋰離子電池領域。但是硅碳材料還存在滿電膨脹大、阻抗高等缺陷，使其在使用過程中具有高溫存儲偏差及膨脹大造成電池的后期跳水等風險。目前降低膨脹的措施主要有材料納米化、多孔結構及材料表面改性，可以降低充放電過程中材料膨脹的程度。其中，硅碳包覆是最簡潔、有效的措施。目前的硅碳包覆主要是在硅材料表面包覆碳層。但是純無定形碳包覆硅材料，雖然對材料的阻抗降低和膨脹有所改善，但是硅與碳之間僅僅是物理的結合，其對充放電膨脹和降低膨脹的改善幅度有限；同時碳基材料的結構穩定性相對偏差。

技術實現思路

[0003]本專利技術要解決的技術問題是提供一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池，通過在硅氧材料表面包覆摻雜鈮化合物的無定形碳材料，一方面可以改善材料表面的阻抗，另一方面可以降低鋰離子電池中鋰離子嵌脫速率，改善鋰離子電池的功率及其循環性能。
[0004]為解決上述技術問題，本專利技術提供的技術方案為：
[0005]一種硅碳復合材料，包括內核及包覆在所述內核表面的外殼，其中所述內核為SiO
x
(0＜x≤2)材料，外殼為摻雜鈮化合物的無定形碳材料，其中鈮化合物為NbO、NbSi2中的一種或兩種；按照所述硅碳復合材料質量比100％計，所述外殼質量占比為0.5～5％。<br/>[0006]一種上述的硅碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0007]將納米金屬鈮、多孔碳及聚合物A粉碎分散均勻后，添加到聚合物B中，分散，并添加碳氫化合物調節濃度，進行反應，過濾，濾渣真空干燥，得到包覆材料C；
[0008]在所述內核的外表面包覆所述包覆材料C，碳化形成所述外殼，得到所述硅氧復合材料。
[0009]進一步地，所述納米金屬鈮、多孔碳、聚合物A、聚合物B的質量比為0.1～1：1～5：50～100：50～100。
[0010]進一步地，所述在所述內核的外表面包覆所述包覆材料C，是通過原子氣相沉積法。
[0011]進一步地，所述碳化溫度為700～1100℃，時間為1～6h。
[0012]進一步地，所述納米金屬鈮的粒徑為100～1000nm；所述多孔碳孔容0.5～5cm3/g，孔徑為1～50nm。
[0013]進一步地，所述聚合物A單體為苯酚、對苯二酚、鄰苯二酚、間苯二酚中的任意一種。
[0014]進一步地，所述聚合物B單體為苯甲醛、苯乙醛、苯丙醛、桂醛、鈴蘭醛中的任意一種。
[0015]進一步地，所述碳氫化合物為葡萄糖、環己烷、N
?
甲基吡咯烷酮，n,n
?
二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、丙酮、丁酮中的任意一種。
[0016]一種鋰離子電池，由上述的硅碳復合材料制成。
[0017]本專利技術的有益效果：
[0018]在硅碳材料表面包覆金屬Nb并形成NbO相和NbSi2，會極大地改善其作為負極材料時的穩定性和材料表面的阻抗。使用該硅碳復合材料作為負極材料制備鋰離子電池時，鋰離子電池的首次庫倫效率和循環性能得到明顯提升。本專利技術通過對硅基材料進行包覆，生成的NbO相和NbSi2相相比于硅基材料具有更加良好的導電性，其中NbSi2相作為Si
?
Nb中間合金相，尤其具有優異的導電性能，因此大大提升了所述硅碳復合材料的導電性，進而提升鋰離子電池的循環性能。
附圖說明
[0019]圖1為實施例1制備出的硅氧復合材料的SEM圖。
具體實施方式
[0020]為了使本專利技術所要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。
[0021]一種硅碳復合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0022]將納米金屬鈮、多孔碳及聚合物A粉碎分散均勻后，添加到聚合物B中，分散，并添加碳氫化合物調節濃度，進行反應，反應后真空干燥，得到包覆材料C。
[0023]所述包覆材料C在波數1500cm
?1～1700cm
?1位置處具有紅外吸收峰，在X射線衍射XRD圖譜中在28.4
°±
0.2
°
具有衍射峰。
[0024]在所述內核的外表面包覆所述包覆材料C，碳化形成所述外殼，得到所述硅氧復合材料。
[0025]由所述硅氧復合材料所制得的極片的面電阻為0.01Ω
·
cm2～100Ω
·
cm2的電阻率；所述硅氧復合材料比表面積為0.5m2/g～10m2/g；1μm≤DV50≤20μm。
[0026]實施例1
[0027]一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0028]S1、將0.5g納米金屬鈮(500nm)，3g多孔碳(孔容3cm3/g，孔徑為10nm)及80g苯酚添加到球磨機中，并添加100g環己烷熔劑，分散均勻，之后添加到80g苯甲醛中，超聲分散，在溫度為50℃的條件下反應2h，過濾，濾渣在80℃真空干燥24h，得到包覆材料C；
[0029]S2、通過原子氣相沉積法，以硅氧材料SiO
x
(0＜x≤2)為基體，在其表面沉積包覆材料C。沉積參數為：通入包覆材料C 0.5秒；氮氣吹掃60秒；通入氧源5秒；氮氣吹掃5秒；通入水0.03秒；氮氣吹掃50秒；從通入包覆材料C 0.5秒開始循環100周，之后在900℃的溫度下碳化3h，得到含有鈮化合物無定形碳的所述硅氧復合材料。
[0030]實施例2
[0031]一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0032]S1、將0.1g納米金屬鈮(粒徑100nm)，1g多孔碳(孔容0.5cm3/g，孔徑為50nm)及50g對苯二酚添加到100g葡萄糖中，通過球磨機分散均勻，之后添加到100g苯乙醛中，超聲分散，在溫度為50℃的條件下反應2h，過濾，濾渣在80℃真空干燥24h，得到包覆材料C；
[0033]S2、通過原子氣相沉積法，在硅氧材料SiO
x
(0＜x≤2)表面沉積包覆材料C。沉積參數為：通入包覆材料C 0.5秒；氮氣吹掃60秒；通入氧源5秒；氮氣吹掃5秒；通入水0.03秒；氮氣吹掃50秒；從通入包覆材料C 0.5秒開始循環100周，之后在700℃的溫度下碳化6h，得到含有鈮化合物無定形碳的所述硅氧復合材料。
[0034]實施例3
[0035]一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0036]S1、將1g納米金屬鈮(粒徑1000nm)，5g多孔碳(孔容5cm3/g，孔徑為1nm)及100g間苯二酚添加到100ml丙酮中，通過球磨機分散均勻，之后添加到100g苯丙醛中，超聲分散，在溫度為本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種硅碳復合材料，其特征在于，包括內核及包覆在所述內核表面的外殼，其中所述內核為SiO
x
(0＜x≤2)材料，外殼為摻雜鈮化合物的無定形碳材料，其中鈮化合物為NbO、NbSi2中的一種或兩種；按照所述硅碳復合材料質量比100％計，所述外殼質量占比為0.5～5％。2.一種權利要求1中所述的硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將納米金屬鈮、多孔碳及聚合物A粉碎分散均勻后，添加到聚合物B中，分散，并添加碳氫化合物調節濃度，進行反應，過濾，濾渣真空干燥，得到包覆材料C；在所述內核的外表面包覆所述包覆材料C，碳化形成所述外殼，得到所述硅氧復合材料。3.根據權利要求2所述的硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述納米金屬鈮、多孔碳、聚合物A、聚合物B的質量比為0.1～1：1～5：50～100：50～100。4.根據權利要求2所述的硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述在所述內核的外表面包覆所述包覆材料C，是...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙明才，張娟，段康康，
申請(專利權)人：江蘇載馳科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：