【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種硅錫碳復合材料及其制備方法、極片和電化學裝置。
技術介紹
1、以混合動力汽車和固定公用事業電網為代表的大型鋰離子電池應用程序的出現對鋰離子電池的生產帶來了巨大的挑戰，因此需要開發基于廉價原材料和可擴展的生產工藝的鋰離子電池。與最初的預期相比，電動汽車市場的增長放緩，確實反映了這種具有挑戰性的形勢。
2、硅（si）和錫（sn）作為一種鋰離子電池負極材料，由于其分別接近4200mah/g和990mah/g的理論容量約為傳統石墨的2.5-10倍而得到了廣泛關注。然而，大多數硅和錫負極因為其極大的體積膨脹（300%）而導致循環壽命有限。隨著重復循環，硅和錫的大體積變化觸發了各種容量衰落機制，如粉化、活性粒子與導電劑、集電器的接觸損失以及不穩定的固體電解質間相（sei）形成。現階段，廣泛的研究已經解決了這些問題，通常是通過采用明確的硅和錫的納米結構，包括納米線，納米管，納米顆粒，多孔結構，以及它們的碳材料復合材料。
3、中國專利申請cn?113611826a介紹了一種硅錫/碳嵌入式多孔復合負極材料及其制備方法；在制備過程中直接形成單質錫與硅互相嵌入式復合納米材料，該納米顆粒在粘結劑的作用下形成穩定的交聯結構，隨后碳化后形成多孔碳層；復合材料表面的錫顆粒經酸腐蝕進一步形成多孔結構；該復合負極材料在0.4ma/g和0.6ma/g電流下首次容量分別能保持在約1750mah/g和約900mah/g，比常規石墨負極具有優勢；但0.4ma/g電流密度下循環40圈后容量下降了約32%；此外，當電流密度增加0.2
4、因此，亟需提出一種可擴展且規模化的制備方法，全面提升硅錫材料的性能，在倍率和循環性能上表現出優異的性能。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有技術中硅錫復合材料的電化學性能較差尤其是倍率性能和循環性能較差的缺陷，而提供了一種硅錫碳復合材料及其制備方法、極片和電化學裝置。本專利技術的硅錫碳復合材料具有較佳的電導率和較低的電荷轉移內阻。由該硅錫碳復合材料組裝的電池具有較佳的電化學性能，尤其是具有較佳的倍率性能和循環性能。本專利技術的硅錫碳復合材料的制備方法簡單、無大量化學試劑參與、實用性較高可規模化操作、易于工業化生產。
2、本專利技術通過下述方案解決上述技術問題。
3、本專利技術提供了一種硅錫碳復合材料，其包括呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒和包覆于所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒表面的石墨烯碳層；所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒之間分布有第二孔隙；
4、其中，單個硅錫碳復合顆粒具有核殼結構，殼包括碳殼層，核包括多孔硅納米顆粒和錫納米顆粒；所述核和殼之間分布有第一孔隙。
5、本專利技術中，所述團簇狀結構表示該結構中至少有2個硅錫碳復合顆粒。
6、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的d50可為250-330nm，優選為270-310nm，例如300、296、295、290、289、285或280nm。
7、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的平均孔徑可為15-30nm，優選為18-27nm，例如25.2、24.9、24.2、23.9、23.8、23.6、23.2、23.1、22.7、22.2、21.9、21.8或20.7nm。
8、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的硅含量可為45%-50%，優選為46%-49%，例如48.5%、48.3%、48.2%、48.1%、47.9%、47.8%、47.6%、47.3%、47.2%、46.8%、46.7%或46.3%。
9、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的錫含量可為25%-30%，優選為26%-29%，例如28.3%、28.1%、27.5%、27.3%、27.2%、26.9%、26.8%、26.7%、26.5%、26.3%或26.1%。
10、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的碳含量可為15%-20%，優選為16%-19%，例如18.1%、18.0%、17.9%、17.7%、17.5%、17.4%、17.3%、17.2%或17.1%。
11、本專利技術中，所述硅錫碳復合材料的氧含量可為5%-10%，優選為6%-9%，例如7.82%、7.67%、7.54%、7.51%、7.48%、7.41%、7.31%、7.27%、7.21%、7.14%、7.12%、7.09%、7.03%、6.99%或6.97%。
12、上述各個元素的含量表示各個元素的質量占硅錫碳復合材料的質量的百分比。
13、本專利技術中，所述單個硅錫碳復合顆粒的碳殼層中優選還包括碳納米管和/或雜原子。
14、其中，所述碳納米管的種類可為本領域常規，優選為單壁碳納米管或多壁碳納米管，更優選為雙壁碳納米管，進一步優選為烷基化雙壁碳納米管或羧基化雙壁碳納米管。所述烷基化雙壁碳納米管優選為碳原子數為1-20的烷基雙壁碳納米管。
15、其中，所述碳納米管的內壁直徑優選為1-5nm，例如2-4nm。
16、其中，所述雜原子的種類優選為磷、硼、氮和硫中的一種或多種，例如氮。
17、其中，當所述單個硅錫碳復合顆粒的碳殼層中還包括雜原子時，所述硅錫碳復合材料中，所述雜原子的含量可為0.1-0.65%，優選為0.2%-0.55%，例如0.45%、0.43%、0.42%、0.41%、0.39%、0.38%、0.37%、0.36%、0.35%、0.34%、0.32%或0.31%。雜原子的含量表示雜原子的質量占硅錫碳復合材料的質量的百分比。
18、本專利技術還提供了一種硅錫碳復合材料的制備方法，其包括下述步驟：
19、s1、將二氧化硅包覆的硅錫合金材料的水分散體和含有乳化劑的油相溶液混合、去除溶劑和第一熱處理，獲得呈團簇狀結構分布的二氧化硅包覆的硅錫合金材料；
20、s2、將所述呈團簇狀結構分布的二氧化硅包覆的硅錫合金材料進行碳包覆，去除二氧化硅，獲得呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒；
21、s3、將所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒進行石墨烯碳包覆，獲得硅錫碳復合材料。
22、本專利技術s1中，所述二氧化硅包覆的硅錫合金材料的水分散體中優選包括二氧化硅包覆的硅錫合金材料、表面活性劑和水。
23、其中，所述二氧化硅包覆的硅錫合金材料的制備方法優選包括下述步驟：將硅錫合金納米前驅體、第一硅源和氨水溶液混合，酸洗，第二熱處理。
24、所述硅錫合金納米前驅體的d50優選為50-80nm，例如65nm。所述硅錫合金納米前驅體中，硅的質量含量優選為55.5%-90.5%，例如73%、75%或80%。所述硅錫合金納米前驅體中，錫的質量含量優選為9.5%-44.5%，例如27%、25%或20%。
25、所述硅錫納米合金前驅體優選通過將第二硅源和錫源球磨獲得。所述第二硅源的種類可為本領域常規，優選為硅本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種硅錫碳復合材料，其特征在于，其包括呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒和包覆于所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒表面的石墨烯碳層；所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒之間分布有第二孔隙；
2.如權利要求1所述的硅錫碳復合材料，其特征在于，所述硅錫碳復合材料滿足下述條件a-f中的一種或多種：
3.一種硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：
4.如權利要求3所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件a-k中的一種或多種：
5.如權利要求4所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件a-d中的一種或多種：
6.如權利要求4所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件a-c中的任一種：
7.如權利要求4所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件a-c中的一種或多種：
8.一種硅錫碳復合材料，其特征在于，其采用如權利要求3-
9.一種極片，其特征在于，其包括如權利要求1-2或8中任一項所述的硅錫碳復合材料。
10.一種電化學裝置，其特征在于，其包括如權利要求9所述的極片。
...【技術特征摘要】
1.一種硅錫碳復合材料，其特征在于，其包括呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒和包覆于所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒表面的石墨烯碳層；所述呈團簇狀結構分布的硅錫碳復合顆粒之間分布有第二孔隙；
2.如權利要求1所述的硅錫碳復合材料，其特征在于，所述硅錫碳復合材料滿足下述條件a-f中的一種或多種：
3.一種硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：
4.如權利要求3所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件a-k中的一種或多種：
5.如權利要求4所述的硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊廣，顧凱，喬永民，王旭峰，胡欽山，何麗，
申請(專利權)人：寧波杉杉新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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