【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種硅錫復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
1、面對(duì)全球能源危機(jī)，由于石油資源的枯竭和新興產(chǎn)業(yè)對(duì)能源需求的不斷增長(zhǎng)，對(duì)新能源的需求變得日益迫切。鋰離子電池作為一種很有前途的二次電池，已經(jīng)獲得了相當(dāng)多的關(guān)注，尤其是鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、便攜式電子設(shè)備、航空航天設(shè)備等領(lǐng)域。然而，鋰的能力受限于電極材料，特別是作為主要的負(fù)極材料在商業(yè)應(yīng)用。石墨目前理論比容量只有372mah/g,已經(jīng)達(dá)到最大的商業(yè)化。為了獲得更高能量密度和高倍率性能的電池性能，硅基和錫基材料被認(rèn)為是最有前途取代石墨負(fù)極材料，硅和錫理論容量分別為4200mah/g和990mah/g，較低的工作電位。但是硅和錫在鋰合金體系中粉化和分層后的充放電過程發(fā)生巨大的體積變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)限制了該材料的容量和循環(huán)壽命。據(jù)大量研究人員報(bào)道，已通過諸多方法來(lái)克服這一缺陷，如基于硅或錫基材料的納米晶化(如納米孔、纖維化、納米片或泡沫)、碳質(zhì)材料的復(fù)合、金屬材料及其金屬氧化物的復(fù)合等已被開發(fā)出來(lái)解決硅和錫負(fù)極的缺陷。
2、專利cn117976859介紹了一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，將moo3空心納米棒分散于碳源溶液中，反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，固液分離，干燥固相，然后煅燒固相，得到煅燒料；將煅燒料分散在去離子水中，加入氨水，得到空心納米棒；將錫源和空心納米棒加入去離子水中，分散，然后進(jìn)行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，固液分離，得到固相；干燥固相，然后煅燒固相，得到樹葉-樹葉狀的負(fù)極材料，樹葉結(jié)構(gòu)使其具有良好的延展性和穩(wěn)定性，具有較好的導(dǎo)電性，且有效緩解
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中硅錫復(fù)合材料體積變化大、機(jī)械強(qiáng)度較差、電荷轉(zhuǎn)移電阻較高，所得鋰離子電池?zé)o法兼顧優(yōu)異的循環(huán)性能、容量和倍率性能的不足之處，本專利技術(shù)提供了一種硅錫復(fù)合材料及其制備方法、應(yīng)用和鋰離子電池。該硅錫復(fù)合材料的體積變化小、機(jī)械強(qiáng)度較好且電荷轉(zhuǎn)移電阻低，采用其作為負(fù)極材料的鋰離子電池可以兼顧優(yōu)異的循環(huán)性能、容量和倍率性能。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案。
3、本專利技術(shù)提供了一種硅錫復(fù)合材料，所述硅錫復(fù)合材料包括核殼結(jié)構(gòu)，所述核殼結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外依次包括核、內(nèi)包覆碳層和外包覆碳層，其中，所述核包括硅材料和錫納米顆粒；所述外包覆碳層為栗狀碳層。
4、本專利技術(shù)中，所述硅材料包括但不限于硅粉，還可為二氧化硅硅粉。
5、本專利技術(shù)中，所述硅材料較佳地為多孔硅材料，例如為介孔硅材料。其中，“介孔硅材料”是指所述硅材料的孔徑在2nm至50nm之間。
6、本專利技術(shù)中，所述錫納米顆粒的d50粒徑可為45-100nm，優(yōu)選為60-100nm。
7、本專利技術(shù)中，較佳地，所述內(nèi)包覆碳層的厚度大于所述外包覆碳層的厚度。
8、本專利技術(shù)中，所述內(nèi)包覆碳層較佳地還包括雜原子，例如氮、硼和磷中的一種或多種。
9、本專利技術(shù)中，所述外包覆碳層較佳地還包括雜原子，例如氮、硼和磷中的一種或多種。
10、本專利技術(shù)中，所述外包覆碳層外較佳地還設(shè)有石墨烯層。
11、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料的d50粒徑可為60-150nm，優(yōu)選為90-130nm，例如為95nm、100nm、110nm、115nm、120nm或125nm。
12、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料的孔徑可為10-30nm，優(yōu)選為12-24nm，例如為12.6nm、15.8nm、16.3nm、16.9nm、17.1nm、17.8nm、18.3nm、18.7nm、19.3nm、19.5nm、20.8nm、20.9nm、21.7nm、21.8nm、22.3nm、22.6nm、22.8nm或23.6nm。
13、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中硅含量可為40％-52％，優(yōu)選為43％-51％，例如為43.3％、43.9％、44.1％、44.6％、44.8％、45.2％、45.4％、45.8％、46.1％、46.3％、46.5％、46.7％、46.8％、47.3％、47.7％、48.1％、48.5％、48.7％或50.1％，百分比為硅元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
14、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中錫含量可為25％-36％，優(yōu)選為26％-32％，例如為26.5％、27％、27.1％、27.2％、27.3％、27.6％、27.9％、28.1％、28.2％、28.3％、28.6％、28.9％、29.1％、29.4％、29.9％、30.8％或31.8％，百分比為錫元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
15、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中碳含量可為16％-30％，優(yōu)選為19％-26％，例如為19.3％、19.4％、19.5％、19.9％、20.7％、21.6％、21.8％、22.5％、22.7％、22.8％、23.1％、23.8％、24.3％、24.8％、24.9％或25.1％，百分比為碳元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
16、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中氮含量可為0.02％-1.1％，優(yōu)選為0.05％-1.05％，例如為0.07％、0.08％、0.09％％、1％、1.01％或1.02％，百分比為氮元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
17、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中硼含量可為0.02％-1.1％，優(yōu)選為0.05％-1.05％，例如為0.09％，百分比為硼元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
18、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中磷含量可為0.02％-1.1％，優(yōu)選為0.05％-1.05％，百分比為磷元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
19、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料中氧含量可為1.5％-3.5％，優(yōu)選為1.8％-3.2％，例如為1.89％、1.92％、1.98％、2.09％、2.12％、2.16％、2.35％、2.38％、2.41％、2.45％、2.46％、2.61％、2.68％、2.83％、2.91％、3.01％、3.07％、3.09％或3.12％，百分比為氧元素占所述硅錫復(fù)合材料的質(zhì)量百分比。
20、本專利技術(shù)中，所述硅材料和所述錫納米顆粒的質(zhì)量比較佳地為(5-7)：(3-5)，例如為7：4或7：5。
21、本專利技術(shù)中，所述硅錫復(fù)合材料的電導(dǎo)率可為(2.2-2.5)×104s/m，例如為2.286×104s/m、2.289×104s/m、2.291×104s/m、2.294×104s/m、2.296×104s/m、2.297×104s/m、2.299×104s/m、2.300×104s/m、2.301×104s/m、2.302×104s/m、2.312×104s/m、2.313×104s/m、2.319×104s/m、2.346×104s/m、2.351×10本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種硅錫復(fù)合材料，其特征在于，所述硅錫復(fù)合材料包括核殼結(jié)構(gòu)，所述核殼結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外依次包括核、內(nèi)包覆碳層和外包覆碳層，其中，所述核包括硅材料和錫納米顆粒；所述外包覆碳層為栗狀碳層。
2.如權(quán)利要求1所述的硅錫復(fù)合材料，其特征在于，其滿足以下條件a-h中的一個(gè)或多個(gè)：
3.如權(quán)利要求1所述的硅錫復(fù)合材料，其特征在于，其滿足以下條件a-j中的一個(gè)或多個(gè)：
4.一種硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述的硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1滿足以下條件a-f中的一個(gè)或多個(gè)：
6.如權(quán)利要求4所述的硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，采用溶劑凝膠法在所述第一前驅(qū)體的表面包覆碳層，包括以下步驟：
7.如權(quán)利要求4所述的硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟S3滿足以下條件a-b中的一個(gè)或兩個(gè)：
8.一種硅錫復(fù)合材料，其特征在于，其由如權(quán)利要求4-7中任一項(xiàng)所述的硅錫復(fù)合材料的制備方法制備得到。
9.一種如權(quán)利要求1-3和8中任一項(xiàng)所述的
10.一種鋰離子電池，其特征在于，其采用如權(quán)利要求1-3和8中任一項(xiàng)所述的硅錫復(fù)合材料。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種硅錫復(fù)合材料，其特征在于，所述硅錫復(fù)合材料包括核殼結(jié)構(gòu)，所述核殼結(jié)構(gòu)從內(nèi)至外依次包括核、內(nèi)包覆碳層和外包覆碳層，其中，所述核包括硅材料和錫納米顆粒；所述外包覆碳層為栗狀碳層。
2.如權(quán)利要求1所述的硅錫復(fù)合材料，其特征在于，其滿足以下條件a-h中的一個(gè)或多個(gè)：
3.如權(quán)利要求1所述的硅錫復(fù)合材料，其特征在于，其滿足以下條件a-j中的一個(gè)或多個(gè)：
4.一種硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟：
5.如權(quán)利要求4所述的硅錫復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1滿足以下條件a-f中的一個(gè)或多個(gè)：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊廣，顧凱，喬永民，王旭峰，胡欽山，何麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：寧波杉杉新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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