【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種硅碳負極材料、制備方法、應(yīng)用、電池。
技術(shù)介紹
1、鋰離子電池作為一種高效、環(huán)保的儲能設(shè)備，在電動汽車、移動設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在鋰離子電池中，負極材料是影響電池性能的關(guān)鍵因素之一。氧化亞硅作為一種新型的負極材料，具有高容量、良好的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性，被認為是下一代鋰離子電池的理想負極材料。然而，氧化亞硅負極材料在充放電過程中存在嚴重的體積效應(yīng)，導(dǎo)致電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能下降。因此，對其進行表面改性是一種常見的改進措施。
2、cn116995202a公開了一種非金屬元素摻雜碳包覆硅氧復(fù)合負極材料的制備方法，采用羧甲基纖維素鈉和硫脲通過有機交聯(lián)反應(yīng)在硅氧化物的表面形成緊密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，熱處理后形成分布均勻且穩(wěn)定性好的氮、硫元素摻雜的碳包覆層，能夠防止硅氧化物易發(fā)生大的體積膨脹。但是通過有機聚合物交聯(lián)形成的結(jié)構(gòu)在siox表面的均勻性和覆蓋度可能受到限制，并且在生產(chǎn)過程中需要使用大量的有機聚合物，這可能會增加成本和環(huán)境負擔。
3、氧化亞硅負極碳包覆能夠提升其容量和首效，現(xiàn)階段主流包覆氣源為甲烷或乙炔，甲烷包覆能夠很好的改善鋰離子脫嵌性能；但甲烷裂解需要較高溫度，溫度過高又會對材料性能有惡化的影響及設(shè)備最高使用溫度的限制，導(dǎo)致甲烷利用率較低。乙炔包覆裂解溫度較低，但乙炔所裂解的碳層結(jié)構(gòu)較為致密，限制了鋰離子的脫嵌過程，導(dǎo)致循環(huán)性能較差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有技術(shù)中硅碳負極材料的電化學(xué)性能較差的缺陷，而
2、本專利技術(shù)是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題。
3、本專利技術(shù)提供了一種硅碳負極材料的制備方法，其包括下述步驟：將硅源進行甲烷氣相碳包覆，可得所述硅碳負極材料；
4、其中，所述甲烷氣相碳包覆時，體系的真空度為300-5000pa；所述硅源和所述甲烷的質(zhì)量體積比為1kg：(10-150)l。
5、本專利技術(shù)中，所述硅源可為本領(lǐng)域常規(guī)的含有硅的顆粒材料，例如硅和/或氧化亞硅。
6、本專利技術(shù)中，所述硅源的d50粒徑可為3-10μm，例如5μm。
7、本專利技術(shù)中，甲烷氣相碳包覆的設(shè)備可為回轉(zhuǎn)爐。較佳地，在進行所述甲烷氣相碳包覆之前，一般先將所述硅源至于回轉(zhuǎn)爐中，進行氣體置換。所述氣體置換時的氣體較佳地為氮氣。所述氮氣的氣體流量可為3-10l/min，例如5l/min。所述氮氣的通入時間可為1-3h。所述氣體置換的終點可為回轉(zhuǎn)爐中氧含量低于300ppm。
8、本專利技術(shù)中，所述甲烷氣相碳包覆時，體系的真空度表示系統(tǒng)絕對壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值，即為真空度＝大氣壓強-絕對壓強。所述大氣壓強表示標準大氣壓，即在0℃時為101.325kpa。
9、本專利技術(shù)中，所述甲烷氣相碳包覆時，體系的真空度為較佳地為500-3000pa，例如800pa、1000pa或2000pa。
10、本專利技術(shù)中，專利技術(shù)人在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，低壓氣相(真空度為300-5000pa)沉積下，不僅可以使得甲烷獲得較佳的裂解率，還有助于提高碳包覆層的純度。
11、本專利技術(shù)中，所述甲烷氣相碳包覆時，體系的溫度可為500-1200℃，較佳地為600-1000℃，例如800或900℃。所述體系的溫度表示在甲烷氣相碳包覆時，體系的溫度一直保持在上述范圍內(nèi)。
12、本專利技術(shù)中，所述甲烷氣相碳包覆的時間可為2-8h，較佳地為3-6h，例如5h。
13、本專利技術(shù)中，所述甲烷的氣體流量可為0.5-2l/min，較佳地為0.7-1.5l/min，例如1l/min。
14、本專利技術(shù)中，所述甲烷氣相碳包覆時一般還通入載氣。所述載氣的目的在于保持體系的真空度不變。所述載氣可為氮氣。所述載氣的氣體流量可為0.1-1l/min，較佳地為0.3-0.8l/min。
15、本專利技術(shù)中，所述硅源和所述甲烷的質(zhì)量體積比較佳地為1kg：(30-120)l，例如1kg：60l。
16、本專利技術(shù)中，較佳地，在將所述硅源進行甲烷氣相碳包覆之前，還進行硼的沉積，例如包括下述步驟：將硅源依次進行硼源氣相沉積和甲烷氣相碳包覆。
17、其中，所述硼源可為本領(lǐng)域常規(guī)的含硼氣體。所述硼源的種類較佳地為乙硼烷(b2h4)、丁硼烷(b4h10)和六硼化物(b6h10)中的一種或多種，例如乙硼烷(b2h4)。
18、其中，所述硼源氣相沉積時，體系的真空度表示系統(tǒng)絕對壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值，即為真空度＝大氣壓強-絕對壓強。所述大氣壓強表示標準大氣壓，即在0℃時為101.325kpa。
19、其中，所述硼源氣相沉積時，體系的真空度較佳地為300-5000pa，更佳地為500-3000pa，例如800pa、1000pa或2000pa。
20、其中，專利技術(shù)人在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，低壓氣相(真空度為300-5000pa)沉積下，硼烷可以獲得較佳的裂解率。
21、其中，所述硼源氣相沉積時，體系的溫度較佳地為300-900℃，例如600或800℃。所述體系的溫度表示在甲烷氣相碳包覆時，體系的溫度一直保持在上述范圍內(nèi)。
22、其中，專利技術(shù)人在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，當在300-900℃下通入硼源時，形成的硼沉積層可為無定形硼結(jié)構(gòu)，且無定形硼結(jié)構(gòu)有利于甲烷在硼沉積層表面的沉積。
23、其中，所述硼源氣相沉積的時間較佳地為1-5h，例如2或3h。
24、其中，所述硼源通入的氣體流量較佳地為1-8l/min，更佳地為2-6l/min，例如3l/min或5l/min。
25、其中，所述硼源通入時一般還通入載氣。所述載氣的目的在于保持體系的真空度不變。所述載氣可為氮氣。所述載氣的氣體流量可為0.1-1l/min，較佳地為0.3-0.8l/min。
26、其中，所述硅源和所述硼源的質(zhì)量體積比較佳地為1kg：(12-480)l，更佳地為1kg：(20-144)l，例如1kg：24l、1kg：72l或1kg：120l。
27、本專利技術(shù)還提供了一種硅碳負極材料，其采用如前所述的制備方法制得。
28、本專利技術(shù)還提供了一種硅碳負極材料，其包括硅源和包覆在所述硅源表面的碳沉積層；所述碳沉積層為碳無序鱗片狀刺突結(jié)構(gòu)；
29、其中，所述硅碳負極材料中，碳含量為1％-5％。
30、本專利技術(shù)中，所述碳無序鱗片狀刺突結(jié)構(gòu)是指甲烷裂解后所形成的結(jié)構(gòu)，其示意圖如圖1所示。
31、本專利技術(shù)中，所述硅碳負極材料中，碳含量較佳地為1.5％-4％，例如1.75％、3.01％、3.26％、3.32％、3.55％、3.75％、3.76％或3.87％。
32、本專利技術(shù)中，所述硅碳負極材本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將硅源進行甲烷氣相碳包覆，可得所述硅碳負極材料；
2.如權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述硅碳負極材料的制備方法滿足下述條件中的一種或多種：
3.如權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，在將所述硅源進行甲烷氣相碳包覆之前，還進行硼的沉積；較佳地包括下述步驟：將硅源依次進行硼源氣相沉積和甲烷氣相碳包覆。
4.如權(quán)利要求3所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述硅碳負極材料的制備方法滿足下述條件中的一種或多種：
5.一種硅碳負極材料，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1-4中任一項所述的制備方法制得。
6.一種硅碳負極材料，其特征在于，其包括硅源和包覆在所述硅源表面的碳沉積層；所述碳沉積層為碳無序鱗片狀刺突結(jié)構(gòu)；
7.如權(quán)利要求6所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料滿足下述條件中的一種或多種：
8.如權(quán)利要求6所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料還含有硼沉積層；所述硼沉積層較佳地為無
9.一種如權(quán)利要求5-8中任一項所述的硅碳負極材料在電池中的應(yīng)用。
10.一種電池，其特征在于，其包括如權(quán)利要求5-8中任一項所述的硅碳負極材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將硅源進行甲烷氣相碳包覆，可得所述硅碳負極材料；
2.如權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述硅碳負極材料的制備方法滿足下述條件中的一種或多種：
3.如權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，在將所述硅源進行甲烷氣相碳包覆之前，還進行硼的沉積；較佳地包括下述步驟：將硅源依次進行硼源氣相沉積和甲烷氣相碳包覆。
4.如權(quán)利要求3所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述硅碳負極材料的制備方法滿足下述條件中的一種或多種：
5.一種硅碳負極材料，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳真，吳玉虎，李宇飛，丁曉陽，
申請(專利權(quán))人：寧波杉杉硅基材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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