一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，(1)将石墨颗粒置于真空热处理炉中；(2)到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；(3)到达设定温度后，通入气态碳源，使硅薄膜表面包覆一层碳层。本发明专利技术还公开了一种采用上述方法制备得到的石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料。本发明专利技术中所述负极材料的制备方法可使硅材料非常均匀地分布于整个负极材料体系中，在充放电过程中不会产生膨胀不均匀现象。本发明专利技术中所述的负极材料结构可望同时具备优异的倍率特性、循环稳定性以及高的比容量。

A silicon / carbon double coated anode material on graphite surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法
本专利技术属于新能源
，具体涉及一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，现有锂离子电池用石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达355mAh/g左右，基本已无提升空间。硅作为锂离子电池负极材料的理论容量可达4200mAh/g左右，且硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，因此成为研究热点。但是，硅材料巨大的储锂膨胀效应限制了其充放电性能的发挥，导致仍无法大规模应用。对此，行业中大多数企业采取了一种妥协方案，即采用少量的(一般不超过5％)纳米硅颗粒和石墨颗粒复合后进行使用，这种方法在一定程度上缓解了硅材料的储锂膨胀效应，但其循环寿命仍不是很理想，主要原因是纳米硅颗粒在石墨粉体中的分散不是很均匀，从而导致整个负极体系膨胀不均匀，致使负极片上部分区域碎裂脱落。
技术实现思路
针对现有技术中的不足与难题，本专利技术旨在提供一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)，将石墨颗粒置于真空热处理炉中；步骤(2)，到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；步骤(3)，到达设定温度后，通入气态碳源，使硅层表面包覆一层碳层。进一步地，真空热处理炉优选旋转真空管式炉。进一步地，步骤(2)所述设定温度优选600-1000℃。进一步地，步骤(2)所述气态硅源优选硅烷。进一步地，步骤(2)所述硅层厚度优选100-500nm。进一步地，步骤(3)所述设定温度优选600-1000℃。进一步地，步骤(3)所述气态碳源优选乙炔、甲烷。进一步地，步骤(3)所述碳层厚度优选5-20nm。本专利技术还提供了一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料，采用如上述方法制备得到。本专利技术通过真空高温环境下依次先后充入气态硅源、气态碳源，使石墨颗粒表面依次形成均匀的硅层薄膜和碳层薄膜，进而形成硅/碳双层包覆石墨颗粒的复合材料。本专利技术通过采用气态硅源热分解后沉积在石墨颗粒表面形成硅碳复合负极材料，比传统的硅颗粒和石墨颗粒混合更均匀，且这种硅薄膜包覆石墨颗粒的结构可使硅在石墨体系分散地更均匀；气态碳源的作用是在硅薄膜表面包裹碳层，使得硅不直接和电解液接触，进而让硅表面不形成SEI膜，否则的话硅表面一直会有新的SEI膜产生，从而会一直消耗电解液，导致电池容量一直衰减；传统的碳包覆硅材料采用液相包覆实现，气态碳源的包覆采用一层层沉积上去，使得碳层更均匀，而且厚度更可控。与现有技术相比，本专利技术有益效果包括：(1)本专利技术中所述负极材料的制备方法可使硅材料非常均匀地分布于整个负极材料体系中，在充放电过程中不会产生膨胀不均匀现象。(2)本专利技术中所述的负极材料结构可望同时具备优异的倍率特性、循环稳定性以及高的比容量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图示说明：1-石墨颗粒，2-硅层，3-碳层。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步地说明。实施例1如附图1所示的一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料，其制备方法如下：(1)将粒径为10μm的石墨颗粒1置于旋转真空管式炉中；(2)到达1000℃后，通入硅烷，使石墨颗粒表面包覆一层500nm厚的硅层2；(3)温度不变，在1000℃下通入乙炔，使硅层表面包覆一层20nm厚的碳层3。所制备的负极材料的首次放电容量为500mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为90％，2C循环500次容量保持率为83％。实施例2如附图1所示的一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料，其制备方法如下：(1)将粒径为10μm的石墨颗粒1置于旋转真空管式炉中；(2)到达600℃后，通入硅烷，使石墨颗粒表面包覆一层100nm厚的硅层2；(3)温度不变，在600℃下通入甲烷，使硅层表面包覆一层5nm厚的碳层3。所制备的负极材料的首次放电容量为390mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为93％，2C循环500次容量保持率为88％。实施例3如附图1所示的一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料，其制备方法如下：(1)将粒径为10μm的石墨颗粒1置于旋转真空管式炉中；(2)到达800℃后，通入硅烷，使石墨颗粒表面包覆一层200nm厚的硅层2；(3)降温至700℃后，通入甲烷，使硅层表面包覆一层10nm厚的碳层3。所制备的负极材料的首次放电容量为420mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为92％，2C循环500次容量保持率为87％。以上所述仅表达了本专利技术的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)，将石墨颗粒置于真空热处理炉中；/n步骤(2)，到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；/n步骤(3)，到达设定温度后，通入气态碳源，使硅层表面包覆一层碳层。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，将石墨颗粒置于真空热处理炉中；
步骤(2)，到达设定温度后，通入气态硅源，使石墨颗粒表面包覆一层硅层；
步骤(3)，到达设定温度后，通入气态碳源，使硅层表面包覆一层碳层。


2.根据权利要求1所述的石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，其特征在于，所述真空热处理炉为旋转真空管式炉。


3.根据权利要求1所述的石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的设定温度为600-1000℃。


4.根据权利要求1所述的石墨表面硅/碳双层包覆的负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的所述气态硅源为硅烷。

【专利技术属性】
技术研发人员：岳之浩，周浪，徐国军，
申请(专利权)人：江西昌大高新能源材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36