碳硅复合物及其制备方法

文档序号:9632820
碳硅复合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及碳娃复合物及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 能够实现高容量的裡二次电池的阳极材料被要求用于用于信息技术(IT)设备的 电池或用于汽车的电池。相应地,娃作为具有高容量的裡二次电池的阳极材料已引起注意。 例如,已知纯娃具有4200mAh/g的高理论容量。
[0003] 然而,与碳基材料相比,娃具有变差的循环性能,运仍是实际应用的障碍。原因 是当用于阳极活性材料的无机颗粒例如娃直接用作吸附和释放裡的材料时,由于在充放 电过程中体积的变化导致活性材料间的导电性变差,或者使阳极活性材料远离阳极电流 收集器。目P,包含在阳极活性材料中的无机颗粒例如娃通过充电过程吸附裡而膨胀为约 300 % -400 %的体积。此外,当通过放电过程释放裡时,所述无机颗粒收缩,且当重复充电和 放电循环时,由于在无机颗粒和阳极活性材料间产生真空区,可能发生电绝缘导致寿命快 速下降,并因此,所述无机颗粒具有在用于二次电池中的严重问题。

【发明内容】

[0004] 技术问题
[0005] 本发明的一个方面是提供碳娃复合物的制备方法,W及碳娃复合物,其中所述制 备方法包括:(a)制备包含娃浆体、碳颗粒、聚合物单体和交联剂的娃碳聚合物基体浆体; 化)在所述娃碳聚合物基体浆体上实施热处理过程W制备娃碳聚合物碳化基体;(C)粉碎 所述娃碳聚合物碳化基体W制备娃碳聚合物碳化基体结构(Struc化re);和(d)使所述娃 碳聚合物碳化基体结构与第一碳原料混合并实施碳化过程W制备碳娃复合物。
[0006] 然而,本发明中实现的技术问题不限于上述问题,本领域技术人员从下面的描述 中将清楚理解其它问题。
[0007] 技术方案
[0008] 根据本发明的一个方面,提供了碳娃复合物的制备方法,包括:(a)制备包含娃浆 体、碳颗粒、聚合物单体和交联剂的娃碳聚合物基体浆体;化)在所述娃碳聚合物基体浆体 上实施热处理过程W制备娃碳聚合物碳化基体;(C)粉碎所述娃碳聚合物碳化基体W制备 娃碳聚合物碳化基体结构;和(d)使所述娃碳聚合物碳化基体结构与第一碳原料混合并实 施碳化过程W制备碳娃复合物。
[0009] 在(a)中所述的碳颗粒可包含选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、渐青碳化 物、般烧焦炭、石墨締、碳纳米管及其组合组成的组中的至少一种。
[0010] 在(a)中的娃浆体中,当娃的50%累积质量粒度分布处的颗粒直径是D50时,可满 足 2nm<D50<180nm。
[0011] 在(a)中所述的聚合物单体可为选自由丙締酸、丙締酸醋、甲基甲基丙締酸 (methyl methacirlic acid)、甲基丙締酸甲醋、丙締酷胺、醋酸乙締醋、马来酸、苯乙締、丙 締腊、苯酪、乙二醇、甲基丙締酸月桂醋和乙締基二氣化物组成的组中的至少一种。
[0012] 在(a)中所述的交联剂可为选自由聚乙二醇二甲基丙締酸醋、聚乙二醇二丙締酸 醋、二乙二醇二甲基丙締酸醋、二乙二醇二丙締酸醋、S乙二醇二丙締酸醋、四乙二醇二丙 締酸醋、N,N-亚甲基双丙締酷胺、N,N-(1,2-二径乙締)二丙締酷胺和二乙締基苯组成的组 中的至少一种。
[0013] 相对于(a)中100重量份的娃浆体,所述聚合物单体可具有30-100重量份,且所 述交联剂具有5-100重量份。
[0014] 在化)中所述的娃碳聚合物碳化基体可具有由交联剂交联的网络结构。
[0015] 可在300-500°C下实施化)中的热处理过程0. 5-化。
[0016] 可在400-1400°C下实施(d)中的碳化过程1-2地。
[0017] 所述制备方法可进一步包含:(e)将所述碳娃复合物与第二碳原料混合,然后实 施另外的碳化过程。
[0018] 根据本发明的另一方面,提供了一种碳娃复合物,包括:由包含娃浆体、碳颗粒、聚 合物单体和交联剂的娃碳聚合物基体浆体形成的娃碳聚合物碳化基体结构;和第一碳体, 其中所述娃碳聚合物碳化基体结构被捕获并分散在所述第一碳体中。
[0019] 在所述娃碳聚合物碳化基体结构中,碳颗粒可被处理W形成内孔且娃可被分散同 时与碳颗粒结合。
[0020] 所述碳颗粒可包括选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、渐青碳化物、般烧焦 炭、石墨締、碳纳米管及其组合组成的组中的至少一种。
[0021] 所述第一碳体可包括选自由软碳、硬碳、渐青碳化物、般烧焦炭、石墨締、碳纳米管 及其组合组成的组中的至少一种。
[002引娃仪)与碳似的重量比可为1:99-10:90。
[0023] 相对于碳娃复合物的总重量,所述第一碳体可为50-94wt%且娃碳聚合物碳化基 体结构可为6-50wt%。
[0024] 所述娃碳聚合物碳化基体结构可具有比第一碳体更高的多孔性。
[00巧]所述碳娃复合物可进一步包含:第二碳体。
[0026] 所述第二碳体可包括选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、渐青碳化、般烧焦 炭、石墨締、碳纳米管及其组合组成的组中的至少一种。
[0027] 根据本发明的另一方面,提供用于通过在阳极电流收集器上涂覆阳极浆体而制备 的二次电池的阳极,所述阳极浆体包含:如上所述的碳娃复合物、导电材料、粘合剂和增稠 剂。
[0028] 根据本发明的另一方面,提供包含如上所述的用于二次电池的阳极的二次电池。 [002引有益效果
[0030] 根据本发明的娃碳聚合物基体浆体可包含与碳颗粒结合W非常均匀分散而无层 分离的娃,且由所述娃碳聚合物基体浆体形成的娃碳聚合物碳化基体可具有由交联剂交联 的网络结构,运样当包含所述娃碳聚合物碳化基体的碳娃复合物用作二次电池的阳极活性 材料时,可进一步改善所述二次电池的充电容量和充放电稳定性。
【附图说明】
[0031] 图I是示意性说明根据本发明的一个示例性实施方案的碳娃复合物的横断面图。
[0032] 图2示出了通过用肉眼观察碳颗粒在由实施例1和对比实施例1制备的娃碳聚合 物基体浆体中的分散得到的结果。
[0033] 图3(a)是由实施例1审Ij备的碳娃复合物的扫描电子显微镜(SEM)图,图3化)是 由实施例1制备的碳娃复合物中碳(C)的能量色散谱巧DA讶图,和图3(c)是由实施例1 制备的碳娃复合物中娃(Si)的能量色散谱巧DA讶图。
[0034] 图4是说明通过在实施例1和对比实施例2和3制备的二次电池上测量根据循环 次数的放电容量得到的结果的图。
【具体实施方式】
[0035] 在下文中,将详细描述本发明的示例性实施方案。然而,下面的实施例仅提供为本 发明的一个实施方案,且本发明不限于下面的实施例。
[0036] 碳巧复合物的制备方法
[0037] 本发明提供碳娃复合物的制备方法,包括:(a)制备包含娃浆体、碳颗粒、聚合物 单体和交联剂的娃碳聚合物基体浆体;化)在所述娃碳聚合物基体浆体上实施热处理过程 W制备娃碳聚合物碳化基体;(C)粉碎所述娃碳聚合物碳化基体W制备娃碳聚合物碳化基 体结构;和(d)使所述娃碳聚合物碳化基体结构与第一碳原料混合并实施碳化过程W制备 碳娃复合物。
[0038] 步骤(a)是制备包含娃浆体、碳颗粒、聚合物单体和交联剂的娃碳聚合物基体浆 体的步骤,其中可通过将碳颗粒、聚合物单体和交联剂添加至娃浆体中并彼此混合制备所 述娃碳聚合物基体浆体。
[0039] 在此,所述娃碳聚合物基体浆体指包含所述娃碳聚合物基体的浆体,其中在所述 娃碳聚合物基体浆体中的娃(Si)的特征在于与碳颗粒结合并非常均匀地分散而无层分 离。
[0040] 所述娃浆体指包含娃颗粒和分散介质的浆体,其中所述娃颗粒可为直径为 2-200nm的球形,且所述分散介质是用于进一步提升所述娃浆体的分散性和稳定性的溶剂, 且可为选自由N-甲基-2-化咯烧酬(NMP)、四氨巧喃灯HF)、水、甲醇、乙醇、环己醇、环己 酬、甲基乙基酬、丙酬、二甲基亚讽值MS0)及其组合组成的组中的至少一种,但本发明不限 于此。运里,当使用N-甲基-2-化咯烧酬(NI巧溶剂或四氨巧喃(TH巧溶剂时,可提供更 优异的分散性和稳定性。
[0041] 在娃浆体中,当娃的50 %累积质量粒度分布处的颗粒直径是D50时, 2nm<D50<180nm可为满意的。目P,娃浆体中娃均匀分散W提供更优异的分散性和稳定性,W 使娃的特征在于具有小的平均粒度。
[0042] 所述碳颗粒优选包括选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、渐青碳化物、般烧焦 炭、石墨締、碳纳米管及其组合组成的组中的至少一种,更优选地,包括天然石墨或人造石 墨,但本发明不限于此。
[0043] 当所述碳颗粒是石墨,例如天然石墨或人造石墨时,石墨可为板状或碎片状。所述 石墨具有如上所述的板状或碎片状,多个石墨可W容易地相互连接W形成所述娃碳聚合物 碳化基底结构的外壁,并可容易地形成内孔。特别地,当所述石墨具有板状或碎片状时,石 墨很容易与第一个碳原料结合W形成内孔,并且易于捕获到孔内的娃,运不像其中石墨是 球形的情况。
[0044] 所
再多了解一些
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