碳硅复合物及其制备方法_2

文档序号:9632820阅读:来源:国知局
述聚合物单体是形成聚合物的起始物料,且作为娃的缓冲剂起作用。所述聚合 物单体包括至少一种选自由丙締酸、丙締酸醋、甲基甲基丙締酸、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,但本发明不限于此。在本发明中,将丙締酸用作聚合物单体。
[0045] 所述交联剂用来允许由聚合物单体形成的聚合物彼此交联,使得所述娃碳聚合物 基体具有网络结构W提高娃的分散性。所述交联剂优选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、=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-(l,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,但本发明不限于此。在本发明中,将聚乙二醇二甲基 丙締酸醋用作交联剂
[0046] 所述娃碳聚合物浆体可进一步包含添加剂。在此,作为添加剂的引发剂可为自由 基聚合引发剂,且可优选地为选自由1,1' -偶氮双(环己烧甲腊)(ABCN)、偶氮二异下腊 (AIBN)、苯甲酬、2, 2-二甲氧基-2-苯基苯乙酬和过氧化苯甲酯组成的组中的至少一种,但 本发明不限于此。在本发明中,将1,1'-偶氮双(环己烧甲腊HABCN)用作自由基聚合引 发剂。
[0047] 在所述碳娃聚合物基体浆体中的娃碳聚合物基体具有由交联剂交联的网络结构。
[0048] 在本说明书中,"网络结构"指的是一种结构,设计为具有交联点的非晶态聚合物 材料的微模型的结构,所述交联点由结和链连接结组成。
[0049] 在此,娃与碳颗粒结合并均匀分散在具有网络结构的聚合物基体中,且具有网络 结构的聚合物基体是适合作为娃缓冲剂并提升娃分散性的材料。
[0050] 此外,由于所述聚合物基体,娃碳聚合物基体浆体中娃可与碳颗粒结合W非常均 匀地分散而无层分离。在本文中,由于由交联剂形成的交联,所述聚合物基质可形成凝胶类 型。
[0051] 相对于100重量份的娃浆体,所述聚合物单体优选具有30-100重量份,且所述交 联剂优选具有5-100重量份,但本发明不限于此。
[0052] 步骤化)是在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 体的步骤。
[0053] 在此,通过在娃碳聚合物基体浆体上实施热处理过程制备娃碳聚合物碳化基体, 且可具有由交联剂交联的网络结构。
[0054] 目P,所述娃碳聚合物碳化基体具有由交联剂交联的网络结构,且相应地,在通过使 用娃碳聚合物碳化基体结构和第一碳原料制备复合物的过程中,所述娃碳聚合物碳化基体 可W不使娃碳聚合物碳化基体结构彼此团聚(所述娃碳聚合物碳化基体结构具有其中实 际上娃与碳颗粒结合的整体结构),并因此,所述娃碳聚合物碳化基体结构可均匀并良好地 分散在第一碳原料中而不形成大的团聚。因此,当所述娃碳聚合物碳化基体用于制备二次 电池的阳极活性材料时,所述二次电池可显著增加初始充电容量并显著缓解在数次循环后 充电容量劣化问题W更加提升寿命性能。
[0055] 此外,可在50-600°C的溫度下并根据目的在0. 5-lObar的低压至高压下热处理娃 碳聚合物基体浆体0. 5-化来实施所述热处理过程。可根据所需用途通过一个阶段或多个 阶段实施所述热处理过程。
[0056] 优选地,可在大气压力下在300-500°C下实施所述热处理过程0. 5-化,更优选地, 在大气压力下在400°C下实施比。
[0057] 所述步骤(C)是粉碎娃碳聚合物碳化基体W制备娃碳聚合物碳化基体结构的步 骤,其中所述碳娃聚合物碳化基体可被粉碎W使所制备的碳娃聚合物碳化基体结构可均匀 地混合在第一碳原料中,同时具有其中碳颗粒实际上与娃结合的整体结构。
[0058] 所述步骤(d)是使娃碳聚合物碳化基体结构与第一碳原料混合并然后实施碳化 过程的步骤。
[0059] 在此,所述娃碳聚合物碳化基体结构和所述第一碳原料彼此混合成颗粒形状,其 中所述第一碳原料优选包括选自由软碳、硬碳、渐青、焦炭、石墨締、碳纳米管及其组合组成 的组中的至少一种,但本发明不限于此。具体地,作为第一碳原料,通常可使用市售的煤焦 油渐青或石油渐青的产品。通过后续的碳化过程碳化所述第一碳原料W形成包含结晶碳、 无定形碳或结晶碳和无定形碳两者的碳基体。可使用所述第一碳原料而无导电和非导电碳 材料的分类。
[0060] 所述碳娃聚合物碳化基体结构可与第一碳原料混合成混合粉末W使娃(Si)与碳 (C)的重量比为1:99-10:90。适当含量的娃碳聚合物碳化基体结构和适当含量的第一碳原 料彼此混合W包括重量比例在上述范围内的娃(Si)和碳(C)。当将按照上文制造的碳娃复 合物应用于二次电池的阳极材料时,可缓解充放电过程中的体积膨胀问题W提升二次电池 的寿命性能,同时有效地表现出高容量娃的性能。
[0061] 在本发明中,所述碳化过程是指在高溫下烧结碳原料W留下作为无机材料的碳的 过程,且通过所述碳化过程,由第一碳原料形成第一碳体。
[0062] 例如,在所述碳化过程中第一碳原材料可具有40-80wt%的碳化收率。在制备碳娃 复合物的方法中通过提高碳化过程的碳化收率,可减少挥发性物质的产生,并可容易地实 施处理,运成为一个环境友好的过程。
[0063] 可在400-1400°C的溫度下并根据目的在I-ISbar的低压至高压下热处理混合的 粉末l-24h来实施所述碳化过程。可根据所需用途通过一个阶段或多个阶段实施所述碳化 过程。
[0064] 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 施碳化过程。
[0065] 在此,所述碳娃复合物和所述第二碳原料彼此混合成颗粒形状,其中所述第二碳 原料优选包括选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、渐青、焦炭、石墨締、碳纳米管及其组 合组成的组中的至少一种,但本发明不限于此。
[0066] 可通过碳化过程由第二碳原料形成第二碳体,且碳化过程的具体条件与(d)中描 述的相同。
[0067] 碳巧复合物
[0068] 此外,本发明提供了一种碳娃复合物,其包括: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第一碳体中。
[0069] 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。
[0070] 如在图1中所示,由包括第一碳原料10、被捕获并分散在第一碳原料10中的娃碳 聚合物基体结构20形成根据本发明一个示例性实施方案的碳娃复合物1。
[0071] 具体地,可处理娃碳聚合物碳化基体结构20中的碳颗粒22 W形成内孔,且娃21 可被分散同时与石墨结合。
[0072] 首先,根据本发明的碳娃复合物包括作为主要成分的第一碳体。
[0073] 所述第一碳体由第一碳原料形成,优选包括选自由软碳、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,但本发明不限于此。
[0074] 相对于所述碳娃复合物的总重量,所述第一碳体优选具有50-94wt %,更优选地, 具有60-70wt %,但本发明不限于此。在此,当第一碳体的含量小于上述的范围时,由于稳 定性下降,在充放电时容量保持率下降,且当第一碳体的含量高于上述范围时,电极容量下 降。
[00巧]其次,根据本发明的碳娃复合物包括捕获在第一碳体中并分散的娃碳聚合物碳化 基体结构。
[0076] 在审视娃碳聚合物碳化基体结构的结构基础上,在娃碳聚合物碳化基体结构中的 碳颗粒可W形成外壁W形成内孔,娃可与碳颗粒结合并分散,部分娃可集中分布在内孔中, 从而形成一个整体结构。目P,娃碳聚合物碳化基体结构具有其中被处理W形成内孔的碳颗 粒与娃结合的整体结构。在此,部分娃可集中地分散在内孔中,并且剩余部分的娃可W分散 在内孔的外部。
[0077] 娃碳聚合物碳化基体结构可由包含娃浆体、碳颗粒、聚合物单体和交联剂的娃碳 聚合物基体浆体形成。
[0078] 所述娃碳聚合物浆体的具体成分已在上面描述。
[0079] 相对于碳娃复合物的总重量,所述娃碳聚合物碳化基体结构优选为6-50wt%,更 优选地,为30-40wt %,但本发明不限于此。在此,当娃碳聚合物碳化基体结构的含量低于上 述范围时,难W显示高容量,且当娃碳聚合物碳化基体结构高于所述范围时,稳定性下降, 运样在充放电时难W保持容量。
[0080] 在通过将娃碳聚合物碳化基体结构与第一碳体混合制备碳娃复合物的过程中,所 述碳娃复合物可W不使娃碳聚合物碳化基体结构彼此团聚(所述娃碳聚合物碳化基体结 构具有其中实际上娃与碳颗粒结合的整体结构),并因此,所述娃碳聚合物碳化基体结构可 被捕获W均匀且良好地分散在第一碳体中而不形成大的团聚。如上所述,所述娃碳聚合物 碳化基体结构可均匀地分散在整个碳娃复合物的第一碳体中。当所述碳娃复合物应用于二 次电池的阳极活性材料时,显著缓解充放电过程中体积膨胀问题W提升二次电池的寿命性 能同时有效地显示高容量娃和碳颗粒的性能。
[0081] 当使
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