【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種硅碳復合材料及其制備方法、應用和電池。
技術介紹
1、隨著數字化、智能化時代的到來，各種電子設備如手機、電腦、電動工具，以及電動車等在生活中的應用越來越廣泛，因此對于能源的需求與日俱增，促使研究者們進一步開發以太陽能、風能、潮汐能等為代表的綠色能源。然而它們都屬于間歇性能源，需要與儲能裝置配合使用。鋰離子電池由于具有高能量密度、高功率密度、高輸出電壓、無記憶效應等特點，被廣泛地用于消費電子、動力儲能和大型電網等領域。
2、鋰離子電池主要由正極、負極、電解液、隔膜等部分構成，其中正負極為活性組分，是能量存儲的載體。從負極來看，目前廣泛使用的是石墨材料，其容量發揮已接近理論比容量（372?mah?g-1），因此需要開發出具有更高比容量的負極材料。硅負極具有很高的理論比容量（4200?mah?g-1）和較低的電化學嵌鋰電位（<0.1?v?vs.?li/li+），是下一代鋰離子電池的理想負極材料。然而，硅負極進行嵌鋰后會發生較大的體積膨脹（＞300%），循環過程中會產生粉化破裂，從而會持續消耗電解液形成較厚的固態電解質膜（sei膜），引發電池容量的快速衰減。另一方面，硅材料本身的電導率不高（約10-3s·cm-1），不利于電子和離子的快速傳輸，在高電流密度下活性物質的容量難以充分發揮。
3、專利申請cn?115020689?a介紹了一種用于二次鋰電池的納米硅碳復合材料及其制備方法和應用。納米硅碳復合材料包括：多孔碳基體、含過渡金屬元素的鍍層和納米硅顆粒；所述鍍層覆蓋在所述貫穿孔的孔壁上以及
技術實現思路
1、本專利技術為解決現有技術中存在的硅基負極材料結構不穩定、在使用過程中容量快速衰減的問題，提出了一種硅碳復合材料及其制備方法、應用和電池。本專利技術所述硅碳復合材料具有優異的導電性能和結構穩定性，采用所述硅碳復合材料的電池可以實現高質量比容量和優異的高低溫循環穩定性能。
2、本專利技術采用以下技術方案解決上述技術問題：
3、本專利技術提供了一種硅碳復合材料，其包括：
4、多孔碳基體；
5、金屬鍍層，所述金屬鍍層位于所述多孔碳基體的孔壁；
6、硅合金顆粒，所述硅合金顆粒位于所述金屬鍍層表面；
7、非晶硅顆粒，所述非晶硅顆粒沿所述硅合金顆粒的外延生長；以及
8、碳包覆層，所述碳包覆層位于外層。
9、本專利技術中，所述硅碳復合材料的d10可為2-6μm，例如為4.59μm、?4.76μm、4.84μm、4.96μm、5.04μm、5.10μm、5.19μm、5.44μm或5.46μm。
10、本專利技術中，所述硅碳復合材料的d50可為6-11μm，例如為6.78μm、7.10μm、7.14μm、7.17μm、7.21μm、7.23μm、7.26μm、7.37μm、7.53μm或?7.65μm。
11、本專利技術中，所述硅碳復合材料的d90可為11-30μm，例如為13.93μm、14.11μm、14.25μm、14.41μm、14.46μm、14.54μm、14.55μm、14.73μm或14.85μm。
12、本專利技術中，所述硅碳復合材料的粒徑分布跨度（）可為1.05-1.75，例如為1.15、1.19、1.24、1.26、1.31、1.33、1.34、1.35、1.36或1.44。
13、本專利技術中，所述硅碳復合材料的硅負載量可為30%-70%，例如為37.35%、41.76%、41.82%、42.64%、42.94%、43.17%、43.46%、43.60%、44.10%或44.23%；百分比為所述硅碳復合材料中硅元素的質量占所述硅碳復合材料總質量的百分比。此處，所述“硅元素”包含硅合金顆粒中的硅元素和非晶硅顆粒中的硅元素。
14、本專利技術中，所述硅碳復合材料的bet比表面積可為2-7?m2/g，例如為2.96?m2/g、3.04?m2/g、3.16?m2/g、3.51?m2/g、3.63?m2/g、4.98?m2/g、5.42?m2/g、5.63?m2/g、5.71?m2/g或6.01?m2/g。
15、本專利技術中，所述硅碳復合材料的真密度可為1.71-2.21?g/cm3，例如為1.82?g/cm3、1.84?g/cm3、1.87?g/cm3、1.88?g/cm3、1.90?g/cm3、1.91?g/cm3、1.93?g/cm3或1.94g/cm3。
16、本專利技術中，所述硅碳復合材料的振實密度可為0.50-0.77g/cm3，例如為0.55?g/cm3、0.58?g/cm3、0.59?g/cm3、0.60?g/cm3、0.61?g/cm3、0.63?g/cm3、0.65?g/cm3、0.66?g/cm3或0.68?g/cm3。
17、本專利技術中，所述硅碳復合材料的壓實密度（3t）可為0.975-1.075?g/cm3，例如為0.991?g/cm3、0.992?g/cm3、0.996?g/cm3、0.998?g/cm3、1.004?g/cm3、1.006?g/cm3、1.010g/cm3、1.011?g/cm3、1.016?g/cm3或1.039?g/cm3。其中，壓實密度（3t）的含義為：在壓力為3t的條件下，測得硅碳復合材料的壓實密度。
18、本專利技術提供了一種硅碳復合材料的制備方法，其包括下述步驟：
19、s1、將多孔碳基體經采用第一沉積氣體的第一氣相沉積反應，在所述多孔碳基體的孔壁上形成金屬鍍層，得到第一前驅體；其中，所述第一沉積氣體包括第一金屬源氣體；
20、s2、將所述第一前驅體經采用第二沉積氣體的第二氣相沉積反應，在所述金屬鍍層的表面形成硅合金顆粒，得到第二前驅體；其中，所述第二沉積氣體包括第二金屬源氣體和第二硅源氣體；
21、s3、將所述第二前驅體經采用第三沉積氣體的第三氣相沉積反應，在所述硅合金顆粒的外延生長非晶硅顆粒，得到第三前驅體；其中，所述第三沉積氣體包括第三硅源氣體；
22、s4、將第三前驅體進行碳包覆，得到硅碳復合材料。
23、本專利技術中，步驟s1所述多孔碳基體的原料可為瀝青基、煤基、樹脂基和生物基中的一種或多種。
24、步驟s1所述多孔碳基體的孔隙率可為70-90%。
25、步驟s1所述多孔碳基體的孔容可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料包括：
2.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料滿足以下條件a-f中的一種或多種：
3.一種硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括下述步驟：
4.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S1滿足以下條件a-e中的一種或多種：
5.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S2滿足以下條件a-f中的一種或多種：
6.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S3滿足以下條件a-e中的一種或多種：
7.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S4所述碳包覆通過采用第四沉積氣體的氣相沉積反應進行，所述第四沉積氣體包括碳源氣體，較佳地滿足以下條件a-e中的一種或多種：
8.一種硅碳復合材料，其特征在于，其采用權利要求3-7中任一項所述的硅碳復合材料的制備方法制備得到。
9.一種權利要求1、2和8中任一項所述的硅碳復合材料作為電極材料在電池中的應用。
10.一種電池，其特征在于，所述電池包括權利要求1、2和8中任一項所述的硅碳復合材料。
...【技術特征摘要】
1.一種硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料包括：
2.如權利要求1所述的硅碳復合材料，其特征在于，所述硅碳復合材料滿足以下條件a-f中的一種或多種：
3.一種硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括下述步驟：
4.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s1滿足以下條件a-e中的一種或多種：
5.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步驟s2滿足以下條件a-f中的一種或多種：
6.如權利要求3所述硅碳復合材料的制備方法，其特征在于，步...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒合權，吳玉虎，丁曉陽，李宇飛，
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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