【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池材料，尤其涉及一種鋰電池硅碳復合負極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、近20年來，鋰離子電池以其在能量密度和循環壽命等方面的優勢，得到了廣泛的應用，成為小型電子設備的主流電源。然而，隨著電動汽車和電動設備的發展，對鋰離子電池(lib)的性能特別是對它們的電池容量和能量密度等方面提出了更高的要求，設計具有更高功率容量和更好循環性能的下一代lib已經迫在眉睫。
2、負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分之一，提高負極材料的性能是必不可少的。碳由于其穩定的循環特性而成為商業電池最流行和廣泛使用的負極材料，但相對較小的電荷存儲容量(372mah/g)嚴重限制了lib的發展。硅由于其在完全鋰化形成li22si5時呈現出高達4200ma?h/g的存儲容量(是石墨的10倍)且相對較低的工作電位(相對于li/li+的平均值約為0.4v)，地殼中的高豐度和環境友好性使其成為最有希望替代石墨電極的下一代鋰電池負極候選者之一。
3、然而由于硅在鋰化脫鋰過程中巨大的體積效應，以及由此引發的電極破裂和不穩定的sei膜等問題還未有效解決，故采取將高容量的硅材料與高穩定性的碳材料相結合制備硅碳復合材料成為了目前關注的重點。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種鋰電池硅碳復合負極材料及其制備方法和應用。通過多孔碳的孔隙中沉積硅石墨烯復合材料的結構，在硅顆粒周圍設置了足夠的空隙，給硅顆粒在循環過程中的體積膨脹提供緩沖空間，增加了電極的穩定性，通過硅石墨烯復合材料
2、為此，第一方面，本專利技術實施例提供了一種鋰電池硅碳復合負極材料，包括：多孔碳基體、納米硅顆粒、少層石墨烯；
3、所述多孔碳作為硅碳復合負極材料的基體，所述納米硅顆粒以原子級形式均勻分布在少層石墨烯薄片表面和層間形成硅石墨烯復合材料，沉積在所述多孔碳的孔隙中；
4、其中，所述納米硅顆粒的粒徑在0.1nm-50nm；所述少層石墨烯薄片的厚度為0.3nm-2.0nm，片層大小為10nm-100nm，層數大于等于1層小于等于5層；所述多孔碳基體的孔隙的孔徑在0.1nm-500nm之間。
5、優選的，所述鋰電池硅碳復合負極材料還包括碳包覆層，所述碳包覆層包覆在所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體外。
6、優選的，所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體中，所述硅納米材料所占質量分數為0.1-70％，所述碳材料所占質量分數為30％-95％；
7、所述硅碳復合材料中，所述碳包覆層占所述硅碳復合材料的質量分數為0-20％。
8、第二方面，本專利技術實施例提供了一種上述第一方面所述的鋰電池硅碳復合負極材料的制備方法，包括：
9、步驟一：將保護氣通入等離子體氣相沉積收集裝置的等離子體反應腔中，排出腔體內的空氣，使所述等離子體反應腔內達到真空或負壓狀態；
10、步驟二：將作為反應基底的多孔碳放入等離子體氣相沉積收集裝置的收集區中，啟動等離子發生器，待系統電弧放電穩定后，將硅源材料與碳源材料通入等離子體反應腔中的等離子炬高溫區進行反應，反應產物由工作氣帶離等離子炬高溫區進入收集區，冷凝結晶形核得到硅石墨烯復合材料，沉積在多孔碳的孔隙中，形成鋰電池硅碳復合負極材料。
11、優選的，所述保護氣為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的一種或多種的混合；
12、所述工作氣為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的一種或多種的混合。
13、優選的，所述硅源材料的形態為固態或氣態，具體包括：硅粉、甲硅烷、乙硅烷、甲基硅烷、四氟硅烷、二氯氫硅、三氯氫硅中的一種或多種；
14、所述碳源材料的形態為固態粉末或氣態，具體包括：葡萄糖、淀粉、檸檬酸、炭黑、石墨、碳納米角、碳納米管、石墨烯、碳纖維和生物質炭的一種或多種，或者，甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔中的一種或多種。
15、優選的，所述制備方法還包括：對沉積有所述硅石墨烯復合材料的多孔碳進行碳包覆；所述碳包覆的方法包括：氣相包覆、液相包覆或固相包覆中的至少一種。
16、第三方面，本專利技術實施例提供了一種負極，包括上述第一方面所述的鋰電池硅碳復合負極材料。
17、第四方面，本專利技術實施例提供了一種鋰電池，包括上述第三方面所述的負極。
18、本專利技術實施例提供的鋰電池硅碳復合負極材料，通過多孔碳的孔隙中沉積硅石墨烯復合材料的結構，在硅顆粒周圍設置了足夠的空隙，給硅顆粒在循環過程中的體積膨脹提供緩沖空間，增加了電極的穩定性，通過硅石墨烯復合材料和多孔碳所構建的三維導電網絡不僅提高了活性物質的導電性還增加了電極的首周效率和循環性能。
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1.一種鋰電池硅碳復合負極材料，其特征在于，所述鋰電池硅碳復合負極材料包括：多孔碳基體、納米硅顆粒、少層石墨烯；
2.根據權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述鋰電池硅碳復合負極材料還包括碳包覆層，所述碳包覆層包覆在所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體外。
3.根據權利要求2所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體中，所述硅納米材料所占質量分數為0.1-70％，所述碳材料所占質量分數為30％-95％；
4.一種上述權利要求1-3任一所述的鋰電池硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣為氮氣、氬氣、氦氣、氖氣中的一種或多種的混合；
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述硅源材料的形態為固態或氣態，具體包括：硅粉、甲硅烷、乙硅烷、甲基硅烷、四氟硅烷、二氯氫硅、三氯氫硅中的一種或多種；
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：對沉積有所述硅石墨烯復合材料的多孔碳進
8.一種負極，其特征在于，所述負極包括上述權利要求1-3任一所述的鋰電池硅碳復合負極材料。
9.一種鋰電池，其特征在于，所述鋰電池包括上述權利要求8所述的負極。
...【技術特征摘要】
1.一種鋰電池硅碳復合負極材料，其特征在于，所述鋰電池硅碳復合負極材料包括：多孔碳基體、納米硅顆粒、少層石墨烯；
2.根據權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述鋰電池硅碳復合負極材料還包括碳包覆層，所述碳包覆層包覆在所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體外。
3.根據權利要求2所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述沉積有硅石墨烯復合材料的多孔碳基體中，所述硅納米材料所占質量分數為0.1-70％，所述碳材料所占質量分數為30％-95％；
4.一種上述權利要求1-3任一所述的鋰電池硅碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法...
【專利技術屬性】
技術研發人員：喬亞峰，殷營營，劉柏男，羅飛，
申請(專利權)人：溧陽天目先導電池材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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