本發明專利技術公開了一種硅錫碳復合顆粒、碳基硅錫碳復合材料及其制備方法、極片和電化學裝置。該碳基硅錫碳復合材料包括分散在碳基底中的若干個硅錫碳復合顆粒；硅錫碳復合顆粒包括殼層和封裝在殼層內的含錫顆粒和納米硅顆粒；殼層包括含錫碳層。本發明專利技術的碳基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。由該碳基硅錫碳復合材料組裝的電池具有較佳的容量性能、循環性能和庫倫效率。本發明專利技術的硅錫碳復合顆粒、碳基硅錫碳復合材料的制備方法簡單、實用性較高、易于工業化生產。
1、多年來，隨著汽車行業對鋰離子電池的需求大幅度增加，下一代鋰離子電池的高能量密度和高功率密度以及在高電流密度下改進的循環性能的需求也日益增長，因此需要的是一種具有長周期長壽命的高能量密度電極。最有前途取代石墨負極的是硅基和錫基材料，硅和錫理論容量分別為4200mah/g和990mah/g，低電位分別為～0.4vvsli/li+和～0.5vvsli/li+，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生巨大的體積變化，遠遠限制了該材料的容量和循環壽命。據大量研究人員報道，已通過諸多方法來克服這一缺陷，如基于本征材料的納米化(如納米孔，纖維化，顆粒納米化)，碳質材料的復合，金屬材料及其金屬氧化物的復合等。
2、中國專利申請cn110336015a介紹了一種碳包覆錫及錫鐵合金鋰離子電池負極材料的制備方法，通過聚乙烯吡咯烷酮輔助利用水合肼制備了氧化羥基錫酸鐵納米顆粒，并進一步利用三(羥甲基)氨基甲烷和碳源對其進行包覆，獲得了碳包覆錫及錫鐵合金鋰離子電池負極材料。該法獲得的材料的首圈容量達1000mah/g，循環50圈后容量約500mah/g。表明改法獲得的負極材料較石墨負極而言，已有明顯的容量優勢，但錫材料的優勢仍然未極大程度發揮。由此可見該法所獲得的負極材料仍然不足以長期支撐汽車行業發展對電極材料的需求。
/>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了現有技術中錫基復合材料的容量性能和庫倫效率較差的缺陷，而提供了一種硅錫碳復合顆粒、碳基硅錫碳復合材料及其制備方法、極片和電化學裝置。本專利技術的碳基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。由該碳基硅錫碳復合材料組裝的電池具有較佳的容量性能、循環性能和庫倫效率。本專利技術的硅錫碳復合顆粒、碳基硅錫碳復合材料的制備方法簡單、實用性較高、易于工業化生產。
2、本專利技術是采用下述技術方案解決上述技術問題。
3、本專利技術提供了一種碳基硅錫碳復合材料，其包括分散在碳基底中的若干個硅錫碳復合顆粒；所述硅錫碳復合顆粒包括殼層和封裝在殼層內的含錫顆粒和納米硅顆粒；
4、所述殼層包括含錫碳層。
5、本專利技術中，所述含錫顆粒可為納米錫顆粒、氧化錫顆粒和氧化亞錫顆粒中的一種或多種。
6、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒中，硅的含量可為10％-40％，優選為16％-35％，例如33.8％、24.1％、23.6％、23.2％、22.8％、22.4％、22.2％、22.1％、21.9％、21.8％、21.5％、21.4％、21.1％、20.9％、20.8％、20.7％、19.9％、19.3％或18.1％。
7、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒中，錫的含量可為30％-60％，優選為35％-55％，例如51.8％、51.4％、50.3％、50.2％、49.1％、48.6％、48.2％、47.3％、47.1％、47.0％、46.3％、46.0％、45.8％、45.7％、45.6％、44.8％、44.7％、44.3％、44.2％、43.4％或39.4％。
8、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒中，碳的含量可為10％-30％，優選為15％-25％，例如22.7％、21.8％、20.7％、20.5％、20.1％、19.8％、19.7％、19.2％、18.9％、18.3％、18.1％、17.9％、17.8％、17.7％或17.6％。
9、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒中，氧的含量可為4％-20％，優選為6％-15％，例如14.1％、12.9％、12.7％、12.3％、11.9％、11.7％、11.2％、10.8％、10.4％、9.9％、9.8％、9.7％、9.3％、8.8％、8.3％、8.2％或7.5％。
10、上述各個元素的含量表示各個元素的質量占硅錫碳復合顆粒的質量的百分比。
11、本專利技術中，所述殼層優選為雜原子摻雜的含錫碳層。
12、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。
13、其中，所述硅錫碳復合顆粒中，所述雜原子的含量可為0.01％-2％，優選為0.05％-1.5％，例如1.00％、0.09％、0.08％或0.07％。雜原子的含量表示雜原子的質量占硅錫碳復合顆粒的質量的百分比。
14、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒的結構優選還包括下述情況中的任一種：
15、(1)所述殼層還包括第二殼層，第二殼層包括硅膜層，所述第二殼層包覆在所述含錫碳層表面；
16、(2)所述殼層還包括第二殼層，第二殼層包括多孔碳層，所述第二殼層包覆在所述含錫碳層表面；
17、(3)所述殼層還包括第二殼層和第三殼層，第二殼層包括硅膜層，第三殼層包括多孔碳層，所述第二殼層、第三殼層依次包覆在所述含錫碳層表面。
18、本專利技術提供了一種如前所述的碳基硅錫碳復合材料的制備方法，其包括下述步驟：將所述硅錫碳復合顆粒和碳源b球磨、熱解。
19、本專利技術中，所述碳源b的種類優選為糖類，更優選為蔗糖、麥芽糖和果糖中的一種或多種，例如蔗糖。
20、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒和所述碳源b的質量比可為(0.5-2)：1，例如1：1。
21、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒和碳源b球磨時，球料比可為(30-50)：1，例如50：1。球磨的轉速可為350-550r/min，例如350r/min。球磨的時間可為1-3h，例如2h。
22、本專利技術中，所述硅錫碳復合顆粒和碳源b熱解時，優選在惰性氣氛下進行。所述惰性氣氛優選為氬氣、氮氣、氦氣或氖氣，例如氮氣。所述熱解的溫度可為350-700℃，例如550℃。所述熱解的時間可為2-5h，例如3h。升溫至所述熱解的速率可為5-15℃/min，例如10℃/min。
23、本專利技術還提供了一種硅錫碳復合顆粒的制備方法，其包括下述步驟：將包括含錫物質的碳源包覆在“錫源和硅源的混合物”表面，碳化處理，可得所述硅錫碳復合顆粒。
24、本專利技術中，所述錫源優選為有機錫源，例如本領域常規的含錫的有機物。所述錫源的種類優選為三丁基苯基錫、四苯基錫、苯基乙炔三丁基錫和二丁基二苯基錫中的一種或多種，例如三丁基苯基錫。
25、本專利技術中，所述硅源可為本領域常規的含硅的材料，優選為硅粉和/或氧化硅粉。所述硅源的d50可為20-60nm，例如25nm。
26、本專利技術中，所述錫源和所述硅源的摩爾比可為(0.8-3)：1，優選為(1-2)：1，例如1.6：1。
27、本專利技術中，所述含錫物質可為本領域常規的含錫物質，優選為無水氯化錫、氯化亞錫、硫酸亞錫和有機酸/錫絡合物中的一種或多種，例如無水氯化錫和/或有機酸/錫絡合物。
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【技術保護點】
1.一種碳基硅錫碳復合材料，其特征在于，其包括分散在碳基底中的若干個硅錫碳復合顆粒；所述硅錫碳復合顆粒包括殼層和封裝在殼層內的含錫顆粒和納米硅顆粒；
2.如權利要求1所述的碳基硅錫碳復合材料，其特征在于，所述碳基硅錫碳復合材料滿足下述條件(1)-(6)中的一種或多種：
3.一種如權利要求1或2所述的碳基硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將所述硅錫碳復合顆粒和碳源B球磨、熱解。
4.如權利要求3所述的碳基硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳基硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件(1)-(6)中的一種或多種：
5.一種硅錫碳復合顆粒的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將包括含錫物質的碳源包覆在“錫源和硅源的混合物”表面，碳化處理，可得所述硅錫碳復合顆粒。
6.如權利要求5所述的硅錫碳復合顆粒的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合顆粒的制備方法滿足下述條件(1)-(9)中的一種或多種：
7.如權利要求6所述的硅錫碳復合顆粒的制備方法，其特征在于，所述硅錫碳復合顆粒的制備方法滿足下述條件(1)-(3)中的一種或多種：
8.一種硅錫碳復合顆粒，其特征在于，其采用如權利要求4-7中任一項所述的硅錫碳復合顆粒的制備方法制得。
9.一種極片，其特征在于，其包括如權利要求8所述的硅錫碳復合顆粒，或，如權利要求1或2所述的碳基硅錫碳復合材料。
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。
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【技術特征摘要】
1.一種碳基硅錫碳復合材料，其特征在于，其包括分散在碳基底中的若干個硅錫碳復合顆粒；所述硅錫碳復合顆粒包括殼層和封裝在殼層內的含錫顆粒和納米硅顆粒；
2.如權利要求1所述的碳基硅錫碳復合材料，其特征在于，所述碳基硅錫碳復合材料滿足下述條件(1)-(6)中的一種或多種：
3.一種如權利要求1或2所述的碳基硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將所述硅錫碳復合顆粒和碳源b球磨、熱解。
4.如權利要求3所述的碳基硅錫碳復合材料的制備方法，其特征在于，所述碳基硅錫碳復合材料的制備方法滿足下述條件(1)-(6)中的一種或多種：
5.一種硅錫碳復合顆粒的制備方法，其特征在于，其包括下述步驟：將包括含錫物質的碳源包覆...
【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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