硅碳复合材料、电极、锂离子电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种硅碳复合材料、电极、锂离子电池及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：S1、将原料均质，得到浆料；其中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.005～1份、石墨和/或石墨烯、补锂添加剂0～10份、树脂10～200份和溶剂；所述均质包含砂磨；S2、将所述浆料喷雾干燥，得前驱体A；S3、将所述前驱体A进行热处理，得前驱体B；S4、将所述前驱体B进行热处理。以该方法制得的硅碳复合材料作为负极材料的锂离子电池同时具有高容量、高首效、优异的倍率性能和循环性能，其制备方法简单，可实现工业化规模生产。可实现工业化规模生产。可实现工业化规模生产。

【技术实现步骤摘要】
硅碳复合材料、电极、锂离子电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种硅碳复合材料、电极、锂离子电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池有着远优于其他电池体系的能量密度、寿命及环保特性，是当前生产量最大、应用最广泛的可充电电池。随着可移动设备的小型化和多功能、智能化发展，电子设备对锂离子二次电池的能量密度和功率密度提出了更高的要求。在电工工具和电动交通工具领域，电池的质量能量密度和功率密度对高能量密度、快速充电的要求更加苛刻。目前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨，石墨由于元素种类和结构的限制，容量很难突破365mAh/g，而且高倍率充放电性能较差。这难以满足电动交通工具的里程要求和快充要求。随着科技的不断进步，石墨类负极材料的比容量、倍率特性基本开发殆尽，难以有重大突破。寻求高比容量和高性能的负极材料成为锂离子电池发展的必经之路。
[0003]在现有的碳素类、合金类、氧化物、硫化物类锂离子电池负极材料中，硅有着高达4200mAh/g的理论比容量，这是石墨负极理论比容量的11倍，且硅的充放电电压平台低于0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料的制备方法，其包括以下步骤：S1、将原料均质，得到浆料；其中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.005～1份、石墨和/或石墨烯、补锂添加剂0～10份、树脂10～200份和溶剂；所述均质包含砂磨；S2、将所述浆料喷雾干燥，得前驱体A，所述前驱体A的粒径为5～25μm；S3、将所述前驱体A进行热处理，使所述前驱体A中的树脂固化和/或预炭化，得前驱体B；S4、将所述前驱体B进行热处理，使前驱体B炭化，即得。2.如权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述硅的粒径为0.1～10μm，较佳地为0.1～5μm，更佳地为0.1～0.15μm；所述硅的纯度为99.99％以上；所述硅中磁性异物的含量不高于0.1％；和/或，步骤S1中，所述碳纳米管的用量为0.01～0.1份，较佳地为0.03份；所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；较佳地，所述单壁碳纳米管的直径为0.1～10nm，长度为0.1～10μm；所述多壁碳纳米管的直径为8～100nm，长度为0.5～30μm；更佳地，所述单壁碳纳米管的直径为1～2nm，长度为5μm；和/或，步骤S1中，所述补锂添加剂的用量为3～5份；所述补锂添加剂为碳酸锂、碳酸氢锂、乙酸锂、草酸锂、氢氧化锂、氧化锂、碳酸镁、氢氧化镁、镁粉和铝中的一种或多种，较佳地为碳酸锂；和/或，步骤S1中，所述树脂的用量为20～100份；所述树脂的残炭量较佳地不低于5％；所述树脂优选包括酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或多种；所述酚醛树脂较佳地为线型酚醛树脂，所述线型酚醛树脂的软化点较佳地为90～110℃；所述聚乙烯醇较佳地为PVA 1788；所述聚乙烯吡咯烷酮较佳地为PVP K30；所述树脂优选包括酚醛树脂，当所述树脂包括酚醛树脂，所述酚醛树脂的用量较佳地为100份；所述树脂优选包括酚醛树脂，且包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的一种或多种；所述树脂优选包括酚醛树脂、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述酚醛树脂、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比较佳地为100:8:5；和/或，步骤S1中，当所述树脂包括线型酚醛树脂时，所述原料还包括固化剂，所述固化剂较佳地为脂肪族胺类固化剂，更佳地为六亚甲基四胺；所述固化剂的用量较佳地为线型酚醛树脂的6％～15％，更佳地为9％；和/或，步骤S1中，所述溶剂为水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或多种，较佳地为N-甲基吡咯烷酮或N-甲基吡咯烷酮-乙醇混合溶剂；所述N-甲基吡咯烷酮-乙醇混合溶剂的配比较佳地为10:90；所述溶剂的用量较佳地使所述浆料中的固含量为不高于20wt％；或者，所述溶剂的用量较佳地使所述浆料的粘度不超过20mPa
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s；和/或，步骤S1中，以所述硅为100份，所述石墨烯的用量为0.005～1份；和/或，步骤S1中，以所述硅为100份，所述石墨的用量为0.1～100份，较佳地为10～50份。3.如权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.03份、补锂添加剂3
份、石墨50份、线型酚醛树脂100份、PVA 8份、PVP 5份、六亚甲基四胺9份和溶剂900份；或者，步骤S1中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.1份、补锂添加剂5份、石墨50份、线型酚醛树脂100份、PVA 8份、PVP 5份、六亚甲基四胺9份和溶剂900份；或者，步骤S1中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.03份、补锂添加剂5份、石墨50份、线型酚醛树脂100份、PVA 8份、PVP 5份、六亚甲基四胺9份和溶剂900份；或者，步骤S1中，所述原料包括以下重量份的组分：硅100份、碳纳米管0.03份、补锂添加剂3份、石墨烯1份、线型酚醛树脂200份、PVA 8份、PVP 5份、六亚甲基四胺18份和溶剂900份。4.如权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述砂磨在砂磨机中进行，其选用直径为0.05～1mm、较佳地为0.5mm的氧化钇稳定氧化锆球；所述砂磨机较佳地为销棒式动态分离高能砂磨机；和/或，步骤S1中，所述砂磨一步进行，即，将所述原料的各组分一起砂磨；或者，所述砂磨分步进行；所述砂磨较佳地至少分两步进行：先将至少包括硅、补锂添加剂和溶剂在内的组分砂磨，再添加至少包括树脂在内的其余组分后进行砂磨；和/或，步骤S1中，所述均质依次包括高速分散、砂磨和超声分散。5.如权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料包括硅、碳纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘福森，童磊，沈龙，孙宝利，聂顺军，李虹，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：