一种硅碳负极及其表面包覆改性方法与应用与流程

本发明涉及新能源电池负极材料的，尤其涉及一种硅碳负极及其表面包覆改性方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池具有储能密度大、开路电压高、自放电率低等优点，近年来得到了广泛应用。目前，商业化的锂电池主要采用石墨类碳作为负极材料，但是石墨的理论容量仅有372mah/g，且倍率性能不佳，而硅的理论比容量高达4200mah/g，比石墨类负极材料的比容量高出一个数量级，并且其嵌/脱锂电位适中，与电解液反应活性低，在地壳中储量丰富，价格低廉，是新一代锂离子电池负极电池的理想选择。

2、然而，在硅与锂的合金化反应过程中，硅材料会产生高达300％以上的体积膨胀(储锂膨胀)，容易导致活性材料在循环过程中发生急剧粉化脱落，电极活性材料与集流体电接触减弱，使得电池循环寿命急剧衰减。同时，由于硅材料的体积膨胀效应，使得硅材料在电解液中无法产生牢固的表面固体电解质膜(solid electrolyte interface，sei)，电极结构被破坏，新暴露出的硅表面会不断形成新的sei膜，导致充放电效率降低，进一步加快容量衰减。

3、目前，常采用少量(不超过5％)的纳米硅颗粒与石墨颗粒进行复合后制成硅碳复合材料进行使用，能够在一定程度上缓解硅材料的储锂膨胀效应，然而依旧存在循环寿命差这一问题，因此亟需提供一种方案改善这一问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅碳负极及其表面包覆改性方法与应用，所制备的硅碳负极能够缓解硅材料的储锂膨胀效应，改善硅碳负极循环寿命差的问题。

2、第一方面，本发明提供的一种硅碳负极表面包覆改性方法，包括以下步骤：

3、s1、将石墨颗粒与第一纤维素溶解液搅拌混合并再生处理后，进行真空热处理，制得改性石墨颗粒；

4、s2、将改性石墨颗粒与第二纤维素溶解液搅拌混合并依次进行再生处理和真空热处理后，进行气态硅沉积；

5、s3、重复进行步骤s2直至改性石墨颗粒表面硅层厚度达到硅层预设厚度，制得硅-石墨复合物；

6、s4、将硅-石墨复合物与第三纤维素溶解液搅拌混合并依次进行再生处理和真空热处理后，进行气态碳沉积；

7、s5、重复进行步骤s4直至硅-石墨复合物表面碳层厚度达到预设碳层厚度，制得硅碳负极材料。

8、本发明提供的一种硅碳负极表面包覆改性方法的有益效果在于：所制备的硅碳负极能够缓解硅材料的储锂膨胀效应，改善硅碳负极循环寿命差的问题。

9、可选地，所述第一纤维素溶解液、所述第二纤维素溶解液和所述第三纤维素溶解液的溶剂均为碱性尿素溶液。

10、可选地，执行所述再生处理的过程中，所使用的再生溶液为ph小于5的酸性溶液。

11、可选地，执行所述真空热处理的过程中，控制温度为300-400℃处理4-5h。

12、可选地，所述硅层预设厚度为100-500nm。

13、可选地，所述碳层预设厚度为5-20nm。

14、可选地，进行气态硅沉积的过程中，在600-1000℃的真空环境中，使用气态硅源进行沉积；所述气态硅源为硅烷。

15、可选地，进行气态碳沉积的过程中，在600-1000℃的真空环境中，使用气态碳源进行沉积；所述气态碳源为乙炔和/或甲烷。

16、第二方面，本发明提供上述任一可选方法制备的硅碳负极。

17、第三方面，本发明提供上述任一可选方法制备的硅碳负极在锂离子电池上的应用。

技术特征：

1.一种硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，所述第一纤维素溶解液、所述第二纤维素溶解液和所述第三纤维素溶解液的溶剂均为碱性尿素溶液。

3.根据权利要求2所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，执行所述再生处理的过程中，所使用的再生溶液为ph小于5的酸性溶液。

4.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，执行所述真空热处理的过程中，控制温度为300-400℃处理4-5h。

5.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，所述硅层预设厚度为100-500nm。

6.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，所述碳层预设厚度为5-20nm。

7.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，进行气态硅沉积的过程中，在600-1000℃的真空环境中，使用气态硅源进行沉积；所述气态硅源为硅烷。

8.根据权利要求1所述的硅碳负极表面包覆改性方法，其特征在于，进行气态碳沉积的过程中，在600-1000℃的真空环境中，使用气态碳源进行沉积；所述气态碳源为乙炔和/或甲烷。

9.一种如权利要求1至8任一项所述硅碳负极表面包覆改性方法所制备的硅碳负极。

10.一种如权利要求1至8任一项所述硅碳负极表面包覆改性方法所制备的硅碳负极在锂离子电池上的应用。

技术总结
本发明提供了一种硅碳负极及其表面包覆改性方法与应用，涉及新能源电池负极材料的技术领域。所述方法包括以下步骤：将石墨颗粒与第一纤维素溶解液搅拌混合并再生处理后，进行真空热处理制得改性石墨颗粒；将改性石墨颗粒与第二纤维素溶解液搅拌混合并依次进行再生处理和真空热处理后，进行气态硅沉积，制得硅‑石墨复合物；将硅‑石墨复合物与第三纤维素溶解液搅拌混合并依次进行再生处理和真空热处理后，进行气态碳沉积；S5、重复进行步骤S4直至硅‑石墨复合物表面碳层厚度达到预设碳层厚度，制得硅碳负极材料。本发明提供方法所制备的硅碳负极能够缓解硅材料的储锂膨胀效应，改善硅碳负极循环寿命差的问题。

技术研发人员：岳之浩,徐国军,金晨鑫,周浪
受保护的技术使用者：江西硅瀛新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16