【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種硅碳負極材料、其制備方法、負極漿料、負極極片及應用。
技術介紹
1、硅碳負極因其極高的克容量1900mah-1（0.8v）,其較高的嵌鋰電位0.4v（li\li+）還可以抑制鋰枝晶，雖然整體放電平臺會減小0.1v左右，但是因其極高的克容量，微量的摻雜即可提升傳統負極材料的克容量，在新能源行業備受矚目。受限于整體正極克容量增長緩慢，并且有較高的阻抗，使其實際拖嵌鋰的量嚴重受限于電池的電壓，然而在高壓條件下，正極材料的氧易脫出。并且在現有的消費類電池電解液中，因碳酸酯類具有高介電常數，高沸點的優勢，難以短時間內被其他主流溶劑和添加劑替換掉，且碳酸酯類又具有電壓窗口小的缺點，因此提升負極材料的克容量成為主流產業方向。這導致負極硅碳材料是現在新能源行業火熱的方向之一。數據表明5%硅碳負極的摻雜即可使得理論克容量為372mahg-1的石墨負極實現實際420mahg-1，8%硅碳摻雜即可實現450mahg-1，10%硅碳摻雜即可實現480whl-1以上，另外因為硅的密度較大，相同壓力下其壓實密度也要遠遠大于的石墨，使得800whl-1的體積能量密度實現可能，與體積能量密度500whl-1的石墨負極電池相比有著巨大的提升，相同體積或者質量下的鋰離子電池，即使硅碳負極材料的電池失效（以80%soc定義），其容量值仍然有接近600whl-1，仍然大于石墨，可以說硅負極電池相比傳統的石墨負極電池，有著的能量密度、循環性能方面等諸多巨大的優勢。采用硅烷沉淀法制備的無定型硅碳具有較高的首效，相比研磨法制備的納米硅，有著突出的優點，是行
2、然而，受限于多孔碳的制備機理往往是通過碳材料進行活化處理，這導致了生成的多孔碳往往受限于前驅體和燒結活化工藝，因此，制備的多孔碳的強度往往不高，主要的原因有很多，其中就包括空隙分布、碳材料的雜化方式、碳材料的石墨化程度等等物理結構和化學組成的原因，雖然通過硅烷沉淀和乙炔氣體包覆后，硅碳材料的強度會得到提升，但是在實際應用還是有很大的局限，比如說硅碳材料強度高的膨脹大，倍放弱，強度低的膨脹小倍放強，因此現如今的硅碳制備實際上有著諸多的矛盾點，如何平衡這些矛盾點，將是硅碳材料從3c動力行業儲能進而全面應用的重要方向。
3、如今，為了解決硅碳電池倍放弱、材料強度不高難以加工、嵌鋰膨脹高導致的電池壽命段等基礎問題，采用了多種解決辦法，如采用不同的前驅體，通過反復的在瀝青、酚醛樹脂、生物質這幾種前驅體做各種改進，來提高活性炭的整體實用性能，另外通過改變硅烷沉淀技術來改善硅烷沉淀，這其中包括燒結爐的改進、還包括氣體沉淀的種類和方式，以及沉淀溫度曲線。但無法緩解了酚醛樹脂基活性碳自身阻抗偏高、碳材料整體強度高、韌性差的難題。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是為了克服現有技術中硅碳負極材料無法緩解線性酚醛樹脂基活性碳自身阻抗偏高、碳材料整體強度較高導致韌性差的難題。本專利技術提供了一種硅碳負極材料、其制備方法、負極漿料、負極極片及應用。通過在高分子材料線性酚醛樹脂中摻入高分子材料聚碳硅烷，盡可能的提高前驅體的固含同時，生成sic，產生3d網絡結構，提高材料的介孔提供空容的比率，降低首圈的極片嵌鋰膨脹，延遲負極材料石墨化形成的過程使得活性碳向無定型碳發展，基于硬碳的低嵌鋰膨脹量，提高電池的循環保持率，而生成的β碳化硅增強負極材料的抗壓強度，有利于用于制備高能量密度的電池，增加電池的壽命。
2、本專利技術是通過下述技術方案來解決上述技術問題：
3、本專利技術提供了一種硅碳負極材料的制備方法，其包括如下步驟：
4、s1：將線性酚醛樹脂與有機溶劑混合后，依次加入烏洛托品、碳納米管（cnt）、消泡劑、聚碳硅烷混合得一混合物；
5、s2：將所述混合物經噴霧干燥，得一顆粒，然后進行碳化和活化得多孔碳骨架；
6、s3：將所述多孔碳骨架在硅烷混合氣下沉積形成核體、然后在乙炔混合氣下沉淀、最后在氮氣氣氛下沉積，制得硅碳負極材料；
7、其中，所述聚碳硅烷為如式i所示化合物，
8、，
9、其中，n為1000~2000。
10、在某一方案中，n為1500。
11、在某一方案中，步驟s1中，所述有機溶劑為醇類溶劑，優選為乙醇。
12、在某一方案中，步驟s1中，所述線性酚醛樹脂與有機溶劑的質量比為1：（1~3），例如1：2。
13、在某一方案中，步驟s1中，所述混合物包括80-120份線性酚醛樹脂、4-7份烏洛托品、0.05-0.2份碳納米管、0.05-0.2份消泡劑和0.05-0.5份聚碳硅烷，其中所述的份數為該物質占總組分的質量份數。
14、在某一方案中，步驟s1中，所述混合物包括100份線性酚醛樹脂、6份烏洛托品、0.1份碳納米管、0.1份消泡劑和（0.1~0.4）份聚碳硅烷，其中所述的份數為該物質占總組分的質量份數。
15、在某一方案中，步驟s1中，所述聚碳硅烷的重量份數為0.1、0.2、0.3或0.4，例如0.2、0.3或0.4。
16、在某一方案中，步驟s1中，所述混合物由線性酚醛樹脂、烏洛托品、碳納米管、消泡劑和聚碳硅烷組成，較佳地，所述的混合物由80-120份線性酚醛樹脂、4-7份烏洛托品、0.05-0.2份碳納米管、0.05-0.2份消泡劑和0.05-0.5份聚碳硅烷組成；例如，由100份線性酚醛樹脂、6份烏洛托品、0.1份碳納米管、0.1份消泡劑和0.2份聚碳硅烷組成。
17、所述消泡劑為本領域常規消泡劑，例如硅聚醚消泡劑。
18、在某一方案中，步驟s1中，所述混合為經均質機球磨混合。
19、在某一方案中，步驟s1中，所述球磨混合的轉速為1000~3000?r/min，例如2000r/min。
20、在某一方案中，步驟s1中，所述球磨混合時間為50~80min，例如60min。
21、在某一方案中，步驟s2中，所述噴霧干燥溫度為100~150℃，例如130℃。
22、在某一方案中，步驟s2中，所述碳化的操作前包括將噴霧干燥后的顆粒置于回旋爐中進行交聯的操作。
23、在某一方案中，步驟s2中，所述碳化的溫度為1200~1800℃，例如1200℃、1600℃或1800℃，優選為1600°c。
24、在某一方案中，步驟s2中，所述碳化在惰性氣氛下進行，優選為在氮氣氣氛下進行；所述氮氣給氣率為0.5~1.5l·kg-1min-1，例如1l·kg-1min-1。
25、在某一方案中，步驟s2中，所述碳化需要升溫進行，其中升溫過程分為兩個階段：
26、第一階段：升溫速率為3~6℃/min本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種硅碳負極材料的制備方法，其包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
3.如權利要求2所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
4.一種如權利要求1-3任一項所述制備方法制得的硅碳負極材料，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
5.如權利要求4所述硅碳負極材料，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
6.一種負極漿料，其特征在于，其包括如權利要求4或5所述硅碳負極材料、導電劑、粘結劑和溶劑。
7.如權利要求6所述負極漿料，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
8.一種負極極片，其特征在于，其采用如權利要求6或7所述負極漿料制得，所述負極極片的制備方法包括：將所述負極漿料涂覆在集流體上，烘烤。
9.如權利要求8所述負極極片，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
10.一種權利要求4或5所述硅碳負極材料在電池中的應用，其中，所述應用包括如權利要求8或9所述
...【技術特征摘要】
1.一種硅碳負極材料的制備方法，其包括如下步驟：
2.如權利要求1所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
3.如權利要求2所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
4.一種如權利要求1-3任一項所述制備方法制得的硅碳負極材料，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
5.如權利要求4所述硅碳負極材料，其特征在于，其滿足如下條件中的一種或多種：
6.一種負極漿料，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：夏長明，李波，王可眾，葉巧巧，孫騫，王俊博，
申請(專利權)人：寧波杉杉硅基材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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