碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池，涉及电池材料技术领域，碳硅复合材料的制备方法包括如下步骤：先提供硅粒子，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物；然后再将表面包覆含碳聚合物的硅粒子进行烧结，使得含碳聚合物碳化，得到三维网状碳材料包覆硅粒子的碳硅复合材料，改善了现有化学沉积法制备碳包覆硅工艺复杂或采用球磨法制成的碳硅复合材料性能差的技术问题，达到了不仅简化工艺，降低生产成本，而且制得的碳硅复合材料能够为锂离子嵌入和脱出硅时产生的体积效应预留空间，能够显著提高硅基锂离子电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池
本专利技术涉及电池材料
，尤其是涉及一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合材料、锂离子电池负极材料和锂离子电池。
技术介绍
硅基材料是未来锂离子电池理想的负极材料，因为硅具有较高的理论比容量(4200mAh/g)，相当于商业化石墨碳容量(372mAh/g)的十倍多。然而硅在锂离子嵌脱过程中体积变化大(>300％)引起电极的粉化，严重的降低了硅基锂离子电池的循环寿命。采用无定型碳包覆硅的复合材料，可以改善硅材料的结构和导电性能，在一定程度上可以抑制锂离子在嵌入和脱出硅材料时产生的体积效应，从而使该材料的循环性能得到有效提高。但是目前现有的包覆技术中，气相沉积法(CVD)制备碳包覆硅时的工艺复杂，不适合工业化生产。而直接采用球磨法制备碳包覆硅材料的工艺包覆层不均匀，不完整，影响碳硅复合材料的机械性能。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种碳硅复合材料的制备方法，以改善现有的气相沉积法制备碳包覆硅时，工艺复杂，不适合工业化生产，而直接采用球磨法制备碳包覆硅材料，包覆层不均匀，不完整，影响碳硅复合材料的机械性能的技术问题。本专利技术提供的碳硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：(a)提供硅粒子，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物；(b)将表面包覆含碳三维网状聚合物的硅粒子进行烧结，使得含碳聚合物碳化，得到三维网状碳材料包覆硅粒子的碳硅复合材料。进一步的，所述含碳三维网状聚合物为三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物。进一步的，所述三聚氰胺和三聚氰酸共聚物主要由三聚氰胺和三聚氰酸共聚而成，三聚氰胺与三聚氰酸的质量比为1:0.1～10，优选为1：0.5～2。进一步的，在步骤(a)中，先将硅粒子、三聚氰胺和三聚氰酸分别溶解于溶剂中，再将三种物质混合均匀，即制得三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物包覆的硅粒子。进一步的，所述硅粒子的粒径为5-30μm。进一步的，在步骤(b)中，烧结温度为800-1000℃，烧结时间为2-6h。进一步的，所述碳硅复合材料的制备方法，还包括步骤(c)，所述步骤(c)设置于步骤(b)之后，步骤(c)为将步骤(b)得到的碳硅复合材料进行研磨，以得到均匀分散的碳硅复合材料。本专利技术的目的之二在于提供一种碳硅复合材料，其按照本专利技术提供的碳硅复合材料的制备方法制备而成。本专利技术的目的之三在于提供一种锂离子电池负极材料，包括本专利技术提供的碳硅复合材料。本专利技术的目的之四在于提供一种锂离子电池，包括本专利技术提供的碳硅复合材料或本专利技术提供的锂离子电池负极材料。本专利技术提供的碳硅复合材料的制备方法工艺简单，操作方便，适用于工业化生产。本专利技术提供的碳硅复合材料通过先在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物，再通过烧结使含碳三维网状聚合物碳化，得到三维网状碳材料均匀完整包覆硅粒子的碳硅复合材料，使其能够为锂离子在嵌入和脱出硅时产生的体积效应预留空间，从而避免硅在锂离子嵌脱过程中引起的电极粉化，显著提高硅基锂离子电池的循环寿命。本专利技术提供的锂离子电池负极材料，通过采用三维网状碳材料均匀完整包覆硅粒子的碳硅复合材料作为负极活性材料，使其能够为锂离子在嵌入和脱出硅时产生的体积效应预留空间，从而避免硅在锂离子嵌脱过程中引起的电极粉化，显著提高硅基锂离子电池的循环寿命。本专利技术提供的锂离子电池，通过采用三维网状碳材料均匀完整包覆硅粒子的碳硅复合材料作为负极活性材料，使其能够为锂离子嵌入和脱出硅时产生的体积效应预留空间，从而避免硅在锂离子在嵌脱过程中引起的电极粉化，显著提高硅基锂离子电池的循环寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例5提供的碳硅复合材料的扫描电镜照片。具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种碳硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：(a)提供硅粒子，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物；(b)将表面包覆含碳三维网状聚合物的硅粒子进行烧结，使得含碳聚合物碳化，得到三维网状碳材料包覆硅粒子的碳硅复合材料。本专利技术提供的碳硅复合材料的制备方法工艺简单，操作方便，适用于工业化生产。本专利技术提供碳硅复合材料制备方法制成的碳硅复合材料，通过先在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物，再通过烧结使含碳聚合物碳化，得到三维网状碳材料均匀完整包覆硅粒子的碳硅复合材料，由于三维网状碳材料的结构稳定性，使其能够为锂离子嵌入和脱出硅时产生的体积效应预留空间，从而避免硅在锂离子嵌脱过程中引起的电极粉化，显著提高硅基锂离子电池的循环寿命。在本专利技术的一种优选实施方式中，含碳三维网状聚合物为三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物。三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物为网状结构聚合物，其能够完整包覆硅粒子，并在硅粒子表面形成多个网孔，从而为硅粒子膨胀预留空间，避免硅粒子在锂离子嵌脱过程中因体积膨胀而引起电极粉化，为碳硅复合材料在锂离子嵌脱过程中的稳定性提供保证。在本专利技术的一种优选实施方式中，三聚氰胺三聚氰酸共聚物由三聚氰胺和三聚氰酸共聚而成，两者的质量比为1:0.1～10，优选为1：0.5～2。在本专利技术的典型但非限制性的实施方式中，三聚氰胺和三聚氰酸的质量比为1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9或1:10。尤其是当三聚氰胺和三聚氰酸的质量比为1：0.5～2时，制备而成的三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物的三维网状结构更加稳定。在本专利技术的一种优选实施方式中，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物的制备方法，按照如下步骤进行：先将硅粒子、三聚氰胺和三聚氰酸分别溶解于有机溶剂中，再将三种物质混合均匀，即制得三聚氰胺三聚氰酸共聚物包覆的硅粒子。通过先将硅粒子、三聚氰胺和三聚氰酸分别溶解于有机溶剂中，再混合均匀，以使得生成的三聚氰胺三聚氰酸共聚物能够均匀完整包覆在硅粒子的表面，得到三聚氰胺三聚氰酸包覆的硅粒子。在本专利技术的一种优选实施方式中，有机溶剂选自二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和环丁砜中的至少一种。在本专利技术的一种优选实施方式中，硅粒子的粒径为5-30μm。在本专利技术的典型但非限制性的实施方式中，硅粒子的粒径为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm。在本专利技术的一种优选实施方式中，在步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)提供硅粒子，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物；(b)将表面包覆含碳三维网状聚合物的硅粒子进行烧结，使得所述含碳三维网状聚合物碳化，得到三维网状碳材料包覆硅粒子的碳硅复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)提供硅粒子，在硅粒子表面包覆含碳三维网状聚合物；(b)将表面包覆含碳三维网状聚合物的硅粒子进行烧结，使得所述含碳三维网状聚合物碳化，得到三维网状碳材料包覆硅粒子的碳硅复合材料。2.根据权利要求1所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述含碳三维网状聚合物为三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物。3.根据权利要求2所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述三聚氰胺和三聚氰酸的共聚物由三聚氰胺和三聚氰酸共聚而成，所述三聚氰胺与所述三聚氰酸的质量比为1:0.1～10，优选为1：0.5～2。4.根据权利要求3所述的碳硅复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，先将硅粒子、三聚氰胺和三聚氰酸分别溶解于有机溶剂中，再将三种物质混合均匀，即制得三聚氰胺和三聚氰酸的共...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯菲，苗力孝，陈橙，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54