碳复合材料及其制备方法及电池技术

本发明专利技术涉及电池领域，具体公开了一种碳复合材料，其包括内核、包覆在内核外的中间层、以及包覆在中间层外的外层；内核为石墨，中间层为硅基材料或锡基材料，外层为多孔碳。上述碳复合材料，硅基材料或锡基材料位于石墨和多孔碳之间，从而可抑制材料粉化；多孔碳预留了足够的空间，可缓冲硅基材料或锡基材料自身膨胀产生的周期性应力，也避免了粉化；故而本发明专利技术具有良好的循环性能。另，外层的多孔碳可以有效的阻止硅基材料或锡基材料直接与电解液接触，降低了不可逆容量，同时多孔碳提升碳复合材料的导电性能；并且多孔碳由于其多孔性，还有利于锂离子的脱嵌。本发明专利技术还公开了一种碳复合材料的制备方法及电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池领域，特别是涉及一种碳复合材料及其制备方法及电池。
技术介绍
与传统地石墨负极材料相比，硅具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(＜0.5V)，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时不容易发生表面析锂行为，安全性能更好，因此成为电池的负极材料新的研究方向。但是，由于硅是半导体材料，作为电池负极材料时，自身电导率较低，锂离子在充放电过程中的嵌入和脱出会使硅体积发生300％以上的膨胀和收缩，会使粉体材料结构逐渐坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，导致电池循环性能大大降低。为改善硅材料的循环性能，提高循环稳定性，同时提高硅材料的导电性。通常将硅材料与碳材料复合化，因为碳材料具有较高的电子电导率和离子电导率，可显著改善硅基材料的倍率性能，抑制硅在循环过程中的体积效应以及改善硅基材料的导电性能。但是，传统的复合材料的循环性能还有待提高。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的复合材料循环性能差的问题，提供一种循环性能高的碳复合材料。一种碳复合材料，包括内核、包覆在所述内核外的中间层、以及包覆在所述中间层外的外层；所述内核为石墨，所述中间层为硅基材料或锡基材料，所述外层为多孔碳。上述碳复合材料，硅基材料或锡基材料位于石墨和多孔碳之间，从而可以有效抑制硅基材料或锡基材料粉化；并且由于多孔碳的多孔性，其预留了足够的空间，缓冲硅基材料或锡基材料在循环过程中的自身膨胀产生的周期性应力，从而也避免了硅基材料或锡基材料粉化、塌陷，提高结构稳定性；故而本专利技术的碳复合材料具有良好的循环性能。另外，多孔碳位于碳复合材料的外层，可以有效的阻止硅基材料或锡基材料直接与电解液接触而发生氧化还原反应，有效降低了不可逆容量。其次，多孔碳具有良好的导电性能，从而可以有效提升碳复合材料的导电性能；并且多孔碳由于其多孔性，还有利于锂离子的脱嵌。在其中一个实施例中，所述硅基材料为纳米硅纤维；所述锡基材料为纳米锡纤维。在其中一个实施例中，所述石墨的平均粒径为5～40μm。在其中一个实施例中，所述中间层的厚度为20～100nm。在其中一个实施例中，所述外层的厚度为100～500nm。在其中一个实施例中，所述碳复合材料的平均粒径为5～50μm。在其中一个实施例中，以所述碳复合材料的质量为基准，所述石墨占85～98wt％，所述中间层占1～10wt％，所述多孔碳占1～5wt％。本专利技术还提供了一种上述碳复合材料的制备方法。一种碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：将硅基材料或锡基材料包覆到石墨粒子上，得到第一核壳材料；将所述第一核壳材料与碳前驱体均匀分散于分散剂中，在160～180℃温度下，在0.15MPa～0.3MPa的压力下，反应3～6h，得到碳复合材料。上述制备方法，工艺容易控制，产能大，有利于碳复合材料的工业化大规模生产。在其中一个实施例中，将硅基材料或锡基材料包覆到石墨粒子上采用气相沉积法包覆。在其中一个实施例中，所述碳前驱体选自纤维素、蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖、和淀粉中的一种或几种。本专利技术还提供了一种电池。一种电池，其包括本专利技术所提供的碳复合材料。上述电池，由于采用本专利技术所提供的碳复合材料，故而电池具有良好的循环性能，且不可逆容量低。附图说明图1为本专利技术实施例一的碳复合材料的SEM图。图2为本专利技术对比例一的碳复合材料的SEM图。图3为本专利技术实施例一及对比例一的碳复合材料的电池循环性能图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种碳复合材料，包括内核、包覆在内核外的中间层、以及包覆在中间层外的外层；内核为石墨，中间层为硅基材料或锡基材料，外层为多孔碳。其中，石墨作为碳复合材料的内核，用于承载中间层以及外层。本专利技术的石墨可以是天然石墨或人造石墨，更具体地，天然石墨优选采用鳞片石墨。优选地，石墨的平均粒径为5～40μm。这样有利于碳复合材料具有合适的尺寸，有利于碳复合材料性能的发挥。优选地，以碳复合材料的质量为基准，石墨占85～98wt％。也就是说，石墨在碳复合材料中的百分比为85～98wt％。这样可使碳复合材料的综合性能较优，满足电池对负极材料的需求。其中，硅基材料可以是单质硅、亦或硅的氧化物，还可以是硅金属化合物。本专利技术的硅基材料优选为纳米硅纤维。锡基材料可以是单质锡或者氧化锡，本专利技术的锡基材料优选为纳米锡纤维。优选地，中间层的厚度为20～100nm。优选地，以碳复合材料的质量为基准，硅基材料或锡基材料占1～10wt％。也就是说，硅基材料或锡基材料在碳复合材料中的百分比为1～10wt％。这样可使碳复合材料的综合性能较优，满足电池对负极材料的需求。其中，多孔碳位于碳复合材料的外层。多孔碳可以避免硅材料与电解液直接接触而带来的不良影响，由于多孔碳与电解液的接触性能较好，从而改善整个碳复合材料与电解液的接触性能。优选地，多孔碳的孔径为2～100nm。这样可以更加有利于锂离子的脱嵌，以及SEI膜的形成。优选地，外层的厚度为100～500nm。这样有利于锂离子的脱嵌，同时有利于提高碳复合材料的比容量。优选地，以碳复合材料的质量为基准，多孔碳占1～10wt％。也就是说，多孔碳在碳复合材料中的百分比为1～10wt％。这样有利于提高碳复合材料的比容量。其中，碳复合材料的平均粒径为5～50μm。这样更有利于后期涂覆在集流体上。优选地，在碳复合材料中，石墨占85～98wt％，中间层占1～10wt％，多孔碳占1～5wt％。上述碳复合材料，硅基材料或锡基材料位于石墨和多孔碳之间，从而可以有效抑制硅基材料或锡基材料粉化；并且由于多孔碳的多孔性，其预留了足够的空间，缓冲硅基材料或锡基材料在循环过程中的自身膨胀产生的周期性应力，从而也避免了硅基材料或锡基材料粉化、塌陷，提高结构稳定性；故而本专利技术的碳复合材料具有良好的循环性能。另外，多孔碳位于碳复合材料的外层，可以有效的阻止硅基材料或锡基材料直接与电解液接触而发生氧化还原反应，有效降低了不可逆容量。其次，多孔碳具有良好的导电性能，从而可以有效提升碳复合材料的导电性能；并且多孔碳由于其多孔性，还有利于锂离子的脱嵌。本专利技术还提供了一种上述碳复合材料的制备方法。一种碳复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳复合材料，其特征在于，包括内核、包覆在所述内核外的中间层、以及包覆在所述中间层外的外层；所述内核为石墨，所述中间层为硅基材料或锡基材料，所述外层为多孔碳。

【技术特征摘要】
1.一种碳复合材料，其特征在于，包括内核、包覆在所述内核外的中间层、
以及包覆在所述中间层外的外层；所述内核为石墨，所述中间层为硅基材料或
锡基材料，所述外层为多孔碳。
2.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述硅基材料为纳米
硅纤维；所述锡基材料为纳米锡纤维。
3.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述石墨的平均粒径
为5～40μm。
4.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述中间层的厚度为
20～100nm。
5.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述外层的厚度为
100～500nm。
6.根据权利要求1所述的碳复合材料，其特征在于，所述碳复合材料的平
均粒径为5～50μm。
7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：相江峰，郝三存，
申请(专利权)人：苏州协鑫集成科技工业应用研究院有限公司，协鑫集成科技苏州有限公司，协鑫集成科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32