一种硅碳材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种硅碳材料及其制备方法。

背景技术：

1、碳基负极材料是目前常用的锂离子电池负极材料，通过在多孔碳上沉积硅烷所制备的产品是一种新型碳基负极材料，与传统的碳基负极材料相比，这种新型碳基负极材料容量更高；与传统硅碳、硅氧负极相比，其体积膨胀更可控，且有良好的循环性能，这也是受益于多孔碳的“限域”作用。

2、上述新型碳基负极材料的制备工艺主要包括：多孔碳制备、分级、多孔碳的硅烷沉积及碳沉积组成。将多孔碳分级后(去除细粉)投入反应器内，先进行硅烷沉积(在多孔碳的孔内沉积纳米硅)，再进行碳源沉积(即碳包覆)，最后筛分出料即得到最终产品。硅烷沉积在多孔碳的孔隙内，是以纳米硅的形式存在，其反应活性高，极易与空气中的各组分反应，通过进行碳包覆，可以有效隔绝纳米硅与空气并提高材料导电性。

3、但是，受限于反应器内碳源气浓度、温度、压强的不均匀分布，可能会有部分纳米硅未得到包覆，进而引起纳米硅与空气反应，甚至发生自燃现象。

4、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种硅碳材料及其制备方法，旨在减少表面硅与空气反应所产生的自燃现象，提高材料的稳定性。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种硅碳材料的制备方法，包括：将硅碳复合材料与后处理液进行反应，后处理液包括钝化溶剂，钝化溶剂包括水；

4、其中，硅碳复合材料包括多孔碳，在多孔碳中沉积有纳米硅。

5、在可选的实施方式中，后处理液还包括溶质，溶质为含有n的有机物。

6、在可选的实施方式中，溶质选自聚乙烯吡咯烷酮、硫代乙酰胺和硫脲中的至少一种；

7、优选地，溶质为聚乙烯吡咯烷酮。

8、在可选的实施方式中，溶质在后处理液中的质量分数为0.01％-50％，优选为5％-30％，更优选为7％-15％。

9、在可选的实施方式中，控制硅碳复合材料与溶质的质量比为(10-1000):1，优选为(10-100):1，更优选为(10-20):1。

10、在可选的实施方式中，钝化溶剂还包括有机溶剂，溶质与钝化溶剂的质量比为(10-100):1；

11、优选地，有机溶剂选自乙醇和异丙醇中的至少一种。

12、在可选的实施方式中，将硅碳复合材料浸渍于后处理液中进行反应，硅碳复合材料和后处理液的质量比为(0.01-50):100；优选为(1-30):100；更优选为(10-20):100。

13、优选地，浸渍时间为5min-120min，优选为30min-100min，更优选为50min-70min。

14、在可选的实施方式中，硅碳复合材料包括多孔碳内层和包覆于多孔碳内层上的碳包覆层，多孔碳内层中沉积有纳米硅。

15、优选地，以质量分数计，硅碳复合材料中的硅含量为45％-55％，碳含量为45％-55％。

16、在可选的实施方式中，硅碳复合材料的制备过程包括：在多孔碳上采用气相化学沉积的方式进行硅烷沉积，然后采用气相化学沉积的方式进行碳源沉积。

17、第二方面，本发明提供一种硅碳材料，通过前述实施方式中任一项的制备方法制备而得。

18、本发明具有以下有益效果：由于硅碳复合材料中沉积的硅呈纳米硅的形态，纳米硅反应活性很高，利用含有水的后处理液可以与硅碳复合材料表面的纳米硅反应，进而实现纳米硅钝化，减少表面硅与空气反应所产生的自燃现象，提高材料的稳定性。

技术特征：

1.一种硅碳材料的制备方法，其特征在于，包括：将硅碳复合材料与后处理液进行反应，所述后处理液包括钝化溶剂，所述钝化溶剂包括水；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述后处理液还包括溶质，所述溶质为含有n的有机物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶质选自聚乙烯吡咯烷酮、硫代乙酰胺和硫脲中的至少一种；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶质在所述后处理液中的质量分数为0.01％-50％，优选为5％-30％，更优选为7％-15％。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，控制所述硅碳复合材料与所述溶质的质量比为(10-1000):1，优选为(10-100):1，更优选为(10-20):1。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钝化溶剂还包括有机溶剂，所述溶质与所述钝化溶剂的质量比为(10-100):1；

7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，将所述硅碳复合材料浸渍于所述后处理液中进行反应，所述硅碳复合材料和所述后处理液的质量比为(0.01-50):100；优选为(1-30):100；更优选为(10-20):100；

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅碳复合材料包括多孔碳内层和包覆于所述多孔碳内层上的碳包覆层，所述多孔碳内层中沉积有所述纳米硅；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硅碳复合材料的制备过程包括：在多孔碳上采用气相化学沉积的方式进行硅烷沉积，然后采用气相化学沉积的方式进行碳源沉积。

10.一种硅碳材料，其特征在于，通过权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备而得。

技术总结
本发明公开了一种硅碳材料及其制备方法，涉及锂电池技术领域。由于硅碳复合材料中沉积的硅呈纳米硅的形态，纳米硅反应活性很高，利用含有水的后处理液可以与硅碳复合材料表面的纳米硅反应，进而实现纳米硅钝化，减少表面硅与空气反应所产生的自燃现象，提高材料的稳定性。

技术研发人员：郑阳,张洁,常家瑞,梁静
受保护的技术使用者：万华化学（烟台）电池材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15