【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及負(fù)極材料的，具體涉及一種硅碳復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著科技的發(fā)展，能源的需求日益增長，而傳統(tǒng)的化石能源儲量有限，且對環(huán)境造成污染，因此，尋找新的清潔能源迫在眉睫。其中，硅基負(fù)極材料因其高能量密度、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中。
2、然而，硅基負(fù)極材料在充放電過程中存在嚴(yán)重的體積膨脹問題，這會導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的破壞和電接觸的喪失，從而影響電池的循環(huán)性能。現(xiàn)有方案中，例如通過設(shè)計特殊的納米結(jié)構(gòu)，如納米線、納米管等，可以有效緩解硅基負(fù)極材料的體積膨脹問題。此外，還有一些方案通過引入其他元素，如鋰、鎂等，形成硅基合金，也可以改善硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。
3、盡管現(xiàn)有的技術(shù)在一定程度上解決了硅基負(fù)極材料的問題，但仍存在一些問題和缺點。首先，現(xiàn)有的制備方法往往復(fù)雜且成本高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。其次，現(xiàn)有的硅基負(fù)極材料在充放電過程中的體積膨脹問題仍未得到完全解決，這會影響電池的循環(huán)性能和使用壽命。最后，現(xiàn)有的硅基負(fù)極材料的電導(dǎo)率較低，這會影響電池的倍率性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種硅碳復(fù)合材料、制備方法及其應(yīng)用，用于提高電池的性能，如比容量、首效、循環(huán)性能、倍率性能。
2、本專利技術(shù)第一方面提供了一種硅碳復(fù)合材料，所述硅碳復(fù)合材料包括內(nèi)核及分布于所述內(nèi)核的至少部分表面的硅鋰碳彌散層，還包括形成于所述硅鋰碳彌散層至少部分表面的包覆層；所述內(nèi)核包括多孔基底材料及分
3、在一些實施方式中，所述內(nèi)核的直徑與所述硅鋰碳彌散層的厚度之比為(1～500)：1。
4、在一些實施方式中，所述硅鋰碳彌散層與所述包覆層的厚度比為(10～600)：1。
5、在一些實施方式中，所述內(nèi)核的直徑為d<21μm。
6、在一些實施方式中，所述硅鋰碳彌散層的厚度為0.05-3μm。
7、在一些實施方式中，所述包覆層的厚度為0.5-5nm。
8、在一些實施方式中，所述包覆層為碳包覆層。
9、在一些實施方式中，所述多孔基底材料選自cnt團(tuán)狀物、碳纖維、mofs、cofs中的一種或多種。
10、在一些實施方式中，所述多孔基底材料為cnt團(tuán)狀物。
11、在一些實施方式中，所述多孔基底材料包括多個大孔。
12、在一些實施方式中，所述多孔基底材料的d50<20μm。
13、在一些實施方式中，所述多孔基底材料的比表面面積>100m2/g。
14、在一些實施方式中，所述多孔基底材料的孔容>0.5cm3/g。
15、在一些實施方式中，所述多孔基底材料的平均孔徑為1.7～300nm。
16、在一些實施方式中，所述硅鋰合金和硅單質(zhì)間隔分布，填充于所述多孔基底材料的孔隙內(nèi)。
17、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的d50<27μm。
18、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的比表面積<30m2/g。
19、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的比表面積為0.5-20m2/g。
20、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的球形度sh(10％)≥0.70。
21、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的球形度sh(50％)≥0.85。
22、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料的球形度sh(90％)≥0.90。
23、在一些實施方式中，所述硅碳復(fù)合材料中，si含量為20％～80％，c含量為20％～60％，li含量為0.1％～20％，余量為其他元素。可選地，所述其他元素包括o。
24、本申請第二方面提供一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
25、s1：在多孔基底材料中沉積硅和鋰以形成內(nèi)核；
26、s2：在步驟s1形成的內(nèi)核表面沉積硅、鋰、碳以在所述內(nèi)核的至少部分表面形成硅鋰碳彌散層；
27、s3：在步驟s2形成的硅鋰碳彌散層表面進(jìn)行包覆處理以在所述硅鋰碳彌散層的至少部分表面形成包覆層。
28、在一些實施方式中，步驟s1中，在保護(hù)氣體的氛圍中，在第一沉積溫度和沉積壓力下，向多孔基底材料中持續(xù)通入硅源氣體和鋰源氣體的混合氣體進(jìn)行氣相沉積形成內(nèi)核，所述內(nèi)核包括多孔基底材料及分散在所述多孔基底材料的孔隙中或表面的硅鋰合金和硅單質(zhì)。
29、在一些實施方式中，步驟s1中，所述保護(hù)氣體選自氮氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或多種。
30、在一些實施方式中，步驟s1中，所述保護(hù)氣體的流量為1～20l/min。
31、在一些實施方式中，步驟s1中，所述硅源氣體選自甲硅烷、乙硅烷、二氯二氫硅、三氯氫硅中的一種或多種。
32、在一些實施方式中，步驟s1中，所述鋰源氣體以金屬鋰或氫化鋰為原料，經(jīng)加熱氣化后得到。
33、在一些實施方式中，步驟s1中，所述硅源氣體和所述鋰源氣體的體積比為(2～5)：1。
34、在一些實施方式中，步驟s1中，所述硅源氣體和所述鋰源氣體的混合氣體的氣體流量為5～30l/min。
35、在一些實施方式中，步驟s1中，所述第一沉積溫度為300～600℃。
36、在一些實施方式中，步驟s1中，第一沉積時間為5～20h。
37、在一些實施方式中，步驟s1中，所述沉積壓力為0.5～5mpa。
38、在一些實施方式中，步驟s1中，升溫至所述第一沉積溫度過程中的升溫速率為1～5℃/min。
39、在一些實施方式中，步驟s1中，所述多孔基底材料選自cnt毛線團(tuán)、碳纖維、mofs、cofs中的一種或多種。
40、在一些實施方式中，步驟s1中，所述cnt團(tuán)狀物的制備方法包括：將碳納米管經(jīng)過整形機制成cnt毛線團(tuán)。
41、在一些實施方式中，步驟s1中，所述碳納米管的長度為0.1～50μm，管徑為2～20nm。
42、在一些實施方式中，步驟s1中，所述cnt團(tuán)狀物為球形或類球形毛線團(tuán)。
43、在一些實施方式中，步驟s1中，所述cnt團(tuán)狀物為毛線團(tuán)狀結(jié)構(gòu)。
44、在一些實施方式中，步驟s1中，所述整形機的主機頻率為5～60hz，副機頻率為20～90hz，風(fēng)機為8～30hz，運轉(zhuǎn)時間為2～100min。
45、在一些實施方式中，步驟s1中，所述多孔基底材料包括多個大孔。
46、在一些實施方式中，步驟s1中，所述多孔基底材料d50<20μm。
47、在一些實施方式中，步驟s1中，所述多孔基底材料的比表面面積>100m2/g。
48、在一些實施方式中，步驟s1中，所述多孔基底材料的孔容>0.5cm3/g。
49、在一本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料包括內(nèi)核及分布于所述內(nèi)核的至少部分表面的硅鋰碳彌散層，還包括形成于所述硅鋰碳彌散層至少部分表面的包覆層；所述內(nèi)核包括多孔基底材料及分散在所述多孔基底材料的孔隙中或表面的硅鋰合金和硅單質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料還包括如下特征的任一項或多項：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料還包括如下特征的任一項或多項：
4.一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，步驟S1)中，所述制備方法包括如下特征的任一項或多項：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，步驟S1)中，所述制備方法包括如下特征的任一項或多項：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述制備方法還包括如下特征的任一項或多項：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述制備方法包括如下特征的任一項或多項：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料包括內(nèi)核及分布于所述內(nèi)核的至少部分表面的硅鋰碳彌散層，還包括形成于所述硅鋰碳彌散層至少部分表面的包覆層；所述內(nèi)核包括多孔基底材料及分散在所述多孔基底材料的孔隙中或表面的硅鋰合金和硅單質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料還包括如下特征的任一項或多項：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述硅碳復(fù)合材料還包括如下特征的任一項或多項：
4.一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，步驟s1)中，所述制備方法包括如下特征的任一項或多項：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅碳復(fù)合材料，其特征在于，步驟s1)中，所述制備方法包括如下...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱小玉，胡昊，杜寧，余麗，楊雯月，閆允濤，張馳，岳敏，
申請(專利權(quán))人：碳一新能源集團(tuán)有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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