一种硬炭-硅碳复合材料及其制备方法与锂离子电池与流程

文档序号:22683210发布日期:2020-10-28 12:46阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种硬炭-硅碳复合材料,其特征在于,所述硬炭-硅碳复合材料的结构包括以石墨为骨架,硬炭包裹纳米硅,软炭包覆所述石墨与所述硬炭,所述石墨与所述硬炭通过所述软炭连接。

2.一种锂离子电池,其特征在于,包括电池负极,所述电池负极包括集流体和负载在所述集流体上的负极材料,所述负极材料包括负极活性物质、负极粘结剂与导电组分,所述负极活性物质包括上述权利要求1所述的硬炭-硅碳复合材料。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池,其特征在于,所述负极活性物质与所述负极材料的质量比在60~85%范围内。

4.一种硬炭-硅碳复合材料的制备方法,用于制备上述权利要求1所述的硬炭-硅碳复合材料,其特征在于,包括如下步骤:

步骤s1、制备硅碳前驱体:将可溶性高分子材料和分散剂溶解在溶剂中形成混合液a,将纳米硅加入至所述混合液a中,分散形成悬浮液b,在惰性气氛条件下除去溶剂,得到二次结构纳米硅-可溶性高分子材料混合物粉末c;

步骤s2、前驱体缩聚炭化:将所述混合物粉末c在惰性气氛条件下加热至100~400℃范围内,炭化后得到粉末d;

步骤s3、复合材料制备:将所述粉末d与石墨和沥青混合均匀,所述沥青的软化点在220~280℃范围内,得到混合物粉末e;

步骤s4、第二次炭化:将所述混合物粉末e加入高温包覆反应釜,在惰性气氛条件下搅拌并加热至400~1000℃范围内,炭化后得到粉末f;

步骤s5、后续炭化:将所述粉末f进行后续炭化,将所述粉末f加入到连续炭化炉中,在惰性气氛的条件下加热至800~1100℃范围内,得到粉末g;

步骤s6、将所述粉末g进行筛分,得到硬炭-硅碳复合材料。

5.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,分散形成悬浮液b后,在惰性气氛条件下通过喷雾干燥的方式除去溶剂。

6.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述可溶性高分子材料包括蔗糖、果糖、小麦淀粉、玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉与大米淀粉的一种或多种组合;

所述分散剂包括非离子型表面活性剂;

所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、水和醇的一种或几种组合。

7.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s1中,所述纳米硅的粒径在0.1-100纳米范围内,所述纳米硅与所述悬浮液b的质量比在0.5~20%范围内;

所述可溶性高分子材料与所述悬浮液b的质量比在5~40%范围内;

所述分散剂与所述悬浮液b的质量比在0.5~2%范围内。

8.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s3中,所述石墨包括天然石墨、鳞片石墨、球化石墨、人造石墨与中间相碳微球的一种或多种组合;

所述沥青包括煤沥青、石油沥青与中间相沥青的一种或多种组合,所述沥青的粒度在1~30μm范围内;

所述石墨、所述沥青、与所述粉末d混匀时的质量比在100:(5~10):(10~40)范围内。

9.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s2中,将所述混合物粉末c在惰性气氛条件下加热至100~400℃范围内的升温速率在1~10℃/min范围内,炭化时间在10~20h范围内。

10.根据权利要求4所述的硬炭-硅碳复合材料的制备方法,其特征在于,所述步骤s4中,将所述混合物粉末e在惰性气氛条件下加热至400~1000℃范围内的升温速率在1~10℃/min范围内,炭化时间在10~20h范围内。


技术总结
本发明提供了一种硬炭‑硅碳复合材料及其制备方法与锂离子电池,涉及锂电池技术领域,硬炭‑硅碳复合材料的结构包括以石墨为骨架,硬炭包裹纳米硅,软炭包覆所述石墨与所述硬炭,所述石墨与所述硬炭通过所述软炭连接。制备方法包括:将可溶性高分子材料和分散剂与纳米硅形成悬浮液,除去溶剂,得到混合物粉末;将混合物粉末加热,炭化;炭化后粉末与石墨和沥青混合均匀,将粉末加入高温包覆反应釜,加热,炭化,再进行筛分,得到硬炭‑硅碳复合材料。本发明所述的硬炭‑硅碳复合材料及其制备方法与锂离子电池,以石墨骨架、硬炭包裹纳米硅、软炭为粘结剂和包覆层的多结构材料,膨胀率低,循环寿命得到提高。

技术研发人员:不公告发明人
受保护的技术使用者:四川佰思格新能源有限公司
技术研发日:2019.04.23
技术公布日:2020.10.27
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