制备
[0109] 通过将用于二次电池的阳极、隔膜、电解质（通过以1:1的重量比混合碳酸乙二酯 与碳酸二甲酯，和向其中加入1.0 M LiPF6得到的溶剂）和锂电极叠放在一起制备纽扣型二 次电池。
[0110] 对比例1
[0111] 通过与实施例1相同的方法制备碳-硅复合材料粉末和用于二次电池的阳极和 所述碳-硅复合材料施加于其上的二次电池，不同之处在于单独使用硅浆液代替使用所述 硅-聚合物基质浆液。
[0112] 对比例2
[0113] 通过与实施例1相同的方法制备碳-硅复合材料粉末和用于二次电池的阳极和所 述碳-硅复合材料施加于其上的二次电池，不同之处在于单独使用在350°C蒸发的煤炭基 沥青（coal-based pitch)代替使用所述娃-聚合物复合材料粉末。
[0114] 图1显示了由实施例1和对比例1制备的碳-硅复合材料中硅（Si)的能量色散 光谱（EDS)图像，通过EDS观察。
[0115] 如图1中所示，作为通过能量色散色谱法测量所述碳-硅复合材料得到的结果，可 以确认通过实施例1制备的所述碳-硅复合材料包含重量比为2. 5:1-97. 5 (Si :C)的硅和 碳。另外，可以确认所述硅-聚合物碳化颗粒完全均匀地分散在所述第一碳基质中，使得形 成具有粒度为大约20 μm或以下的所述硅-聚合物碳化基质块状颗粒。
[0116] 同时，可以确认通过对比例1制备的所述碳-硅复合材料包含重量比为 2.5:97.5(Si:C)的硅和碳。另外，可以确认所述硅-聚合物碳化颗粒在所述第一碳基质中 附聚，使得形成具有粒度大于大约20 μ m的所述硅-聚合物碳化基质块状颗粒。
[0117] 图2是用于二次电池的阳极通过聚焦离子束（FIB)所切横截面的扫描电子显微镜 (SEM)图像，所述用于二次电池的阳极通过使用实施例1和对比例1制备的碳-硅复合材料 制备。
[0118] 如图2所示，作为通过使用扫描电子显微镜（SEM)观察通过聚焦离子束（FIB)所 切的横截面得到的结果，可以确认在通过实施例1制备的碳-硅复合材料中具有低孔隙率 的部分在所述第一碳基质中均匀地形成，使得所述硅-聚合物碳化颗粒完全均匀地分散在 所述第一碳基质中。
[0119] 同时，可以确认在通过对比例1制备的碳-硅复合材料中具有低孔隙率的部分在 所述第一碳基质中不均匀地形成，使得所述硅-聚合物碳化颗粒在所述第一碳基质中附 聚。
[0120] 实验实施例
[0121] 在下面的条件下对通过实施例1和对比例1和2制备的二次电池进行充电和放电 实验。
[0122] 当假设300mA/lg为IC时，充电条件通过在最高0.0 lV为0. 2C的恒定电流和在最 高0.0 lC为0.0 lV的恒定电压进行控制，和放电条件通过在最高I. 5V为0. 2C的恒定电流 进行测量。
[0123] 图3是显示通过根据循环数对由实施例1和对比例1和2制备的二次电池测量放 电容量得到的结果的曲线图。下面表1显示了初始充电容量结果（mAh/g)的结果和通过基 于所述初始充电容量将21次循环后的充电容量保持率转化为百分比（％)得到的在21次 循环后循环充电容量保持率（％)的结果。
[0124] 表 1
[0125]
[0126] 如图3和表1所示，作为通过使用包含所述硅-聚合物碳化颗粒的碳-硅复合材 料作为阳极活性材料得到的结果，可以确认在通过实施例1制备的二次电池中，由于高容 量硅，所以初始充电容量显著较高和21次循环后充电容量恶化的问题也显著减轻。同时， 可以确认在通过对比例1制备的二次电池中，21次循环后的充电容量大大恶化，使得在使 用硅的时候显示出典型的容量恶化问题。
[0127] 同时，可以确认由于通过对比例2制备的二次电池不包含硅，由硅造成的根据循 环的容量恶化问题发生不严重；然而，与实施例1或对比例1的那些相比，初始充电容量显 著较低。
[0128] 提供上面的本发明描述用于说明的目的，和本领域技术人员将要理解的是在不改 变本发明的技术精神和本质特征的情况下所述示例性实施方案可以容易地改变成各种不 同的形式。因此，本文描述的示例性实施方案在所有方面仅以举例的方式提供和不应构成 对其的限制。
【主权项】
1. 一种制备碳-硅复合材料的方法，包括： (a) 由包含硅浆液、单体和交联剂的混合物制备硅-聚合物基质浆液； (b) 对所述硅-聚合物基质浆液进行热处理以制备硅-聚合物碳化基质； (c) 将上述硅-聚合物碳化基质粉碎以制备硅-聚合物碳化颗粒；和 (d) 将上述硅-聚合物碳化颗粒与第一碳原料混合，和接着进行碳化过程。2. 根据权利要求1的制备方法，其中当假定在50%累积质量粒度分布时的粒径为D50 时，（a)中的硅-聚合物碳化基质浆液中的硅（Si)满足2nm〈D50〈180nm〇3. 根据权利要求1的制备方法，其中（a)中的单体是选自以下构成的组中的至少一种： 丙烯酸、丙烯酸酯、甲基甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、乙酸乙烯酯、马来酸、苯乙 烯、丙烯腈、苯酚、乙二醇、甲基丙烯酸月桂酯和二氟乙烯。4. 根据权利要求1的制备方法，其中（a)中的交联剂是选自以下构成的组中的至少一 种：二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、二丙烯酸二甘醇 酯、二丙烯酸三甘醇酯、二丙烯酸四甘醇酯、N，N-亚甲基二丙烯酰胺、N，N-(l，2-二羟基亚 乙基）二丙烯酰胺、和二乙烯基苯。5. 根据权利要求1的制备方法，其中（a)中的硅浆液、单体和交联剂具有10:5-10:1-5 的重量比。6. 根据权利要求1的制备方法，其中（b)中的热处理在大气压下在300-500°C进行 0. 5-5小时。7. 根据权利要求1的制备方法，其中（b)中的硅-聚合物碳化基质具有通过单体间交 联形成的聚合物网络结构。8. 根据权利要求1的制备方法，其中（d)中的第一碳原料包含选自以下构成的组中的 至少一种：天然石墨、人造石墨、软质碳、硬质碳、沥青、煅烧焦炭、石墨烯、碳纳米管和其组 合。9. 根据权利要求1的制备方法，进一步包括： (e) 将碳-硅复合材料与第二碳原料混合，并接着进行碳化过程。10. 根据权利要求9的制备方法，其中（e)中的第二碳原料包含选自以下构成的组中的 至少一种：天然石墨、人造石墨、软质碳、硬质碳、沥青、煅烧焦炭、石墨烯、碳纳米管和其组 合。11. 一种碳-硅复合材料，包含：由包含硅浆液、单体和交联剂的硅-聚合物基质浆液 形成的硅-聚合物碳化颗粒；和 第一碳基质， 其中所述硅-聚合物碳化颗粒被捕获和分散在所述第一碳基质中。12. 根据权利要求11的碳-硅复合材料，其中硅（Si)与碳（C)的质量比为 1:99-10:90。13. 根据权利要求11的碳-硅复合材料，其中所述硅-聚合物碳化颗粒具有比所述第 一碳基质更高的孔隙率。14. 根据权利要求11的碳-硅复合材料，其中所述第一碳基质包含选自以下构成的组 中的至少一种：天然石墨、人造石墨、软质碳、硬质碳、沥青碳化物、煅烧焦炭、石墨稀、碳纳 米管和其组合。15. 根据权利要求11的碳-硅复合材料，进一步包含：第二碳颗粒。16. 根据权利要求15的碳-硅复合材料，其中所述第二碳颗粒包含选自以下构成的组 中的至少一种：天然石墨、人造石墨、软质碳、硬质碳、沥青碳化物、煅烧焦炭、石墨稀、碳纳 米管和其组合。17. 用于二次电池的阳极，通过将阳极浆液涂覆到阳极集电器上制备，所述阳极浆液包 含：根据权利要求11的碳-硅复合材料；导电材料；粘合剂；和增稠剂。18. 二次电池，其包含根据权利要求17的用于锂二次电池的阳极。
【专利摘要】本文公开了制备碳-硅复合材料的方法，包括：(a)制备包含硅浆液、单体和交联剂的硅-聚合物基质浆液；(b)对所述硅-聚合物基质浆液进行热处理以制备硅-聚合物碳化基质；(c)将所述硅-聚合物碳化基质粉碎以制备硅-聚合物碳化颗粒；和(d)将所述硅-聚合物碳化颗粒与第一碳原料混合，和接着进行碳化过程；所述碳-硅复合材料，通过施加所述碳-硅复合材料制备的用于二次电池的阳极，和包含所述用于二次电池的阳极的二次电池。
【IPC分类】H01M4/587, H01M10/052, H01M4/38, H01M4/36
【公开号】CN105244479
【申请号】CN201510389184
【发明人】郑圣虎, 金尧燮, 郑恩惠, 河正贤
【申请人】Oci有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年7月3日
【公告号】US20160006019