类石榴结构硅碳复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种类石榴结构硅碳复合材料，该复合材料包括硅纳米颗粒、片状石墨、碳纳米管以及碳包覆层，所述碳纳米管和所述片状石墨用于构建三维多向性离子迁移通道导电网络结构，所述硅纳米颗粒分散并依附在所述碳纳米管与所述片状石墨所形成的三维网络结构中，所述碳包覆层包覆所述硅纳米颗粒，所述片状石墨用于承建、容纳、分隔所述硅纳米颗粒，所述碳包覆层还包覆所述片状石墨。本发明专利技术提供的所述类石榴结构硅碳复合材料具有较高的电导率、较高的材料振实密度和较低的体积膨胀率。本发明专利技术还提供了所述类石榴结构硅碳复合材料的制备方法以及所述类石榴结构硅碳复合材料的应用。

【技术实现步骤摘要】
类石榴结构硅碳复合材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种类石榴结构硅碳复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
硅由于具有理论比容量高(4200mAh/g)、储量丰富(元素丰度排名第二)、来源广泛(常见的硅石二氧化硅或岩石等硅酸盐)以及易于开采(裸露于地表)等特点，日益应用于锂离子电池中的负极材料。然而，硅作为于负极材料存在导电性差以及体积效应大等不可忽略的缺陷，严重限制硅在锂离子电池中的应用。目前，对于硅的开发着重体现在提高其电导率以及通过修饰、掺杂、改性、包覆等技术来限制或改善其体积膨胀方面，如授权公开的CN103682287A阐述了一种内嵌复合核-壳结构的高压实密度的锂离子电池硅基复合负极材料。该专利技术采用了机械研磨、机械融合、各向同性加压处理与碳包覆技术相结合的方式实现了硅碳复合材料的制备。该专利技术提到了机械研磨制备空心化石墨的过程过于理想，实际过程容易造成石墨破碎而非空心化，后续同性加压与高温碳化后包覆，再进行破碎处理很容易造成表面包覆层的破坏，无法达到理想的核壳结构，而且研磨得到的硅颗粒近似球形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类石榴结构硅碳复合材料，其特征在于，该复合材料包括硅纳米颗粒、片状石墨、碳纳米管以及碳包覆层，所述碳纳米管和所述片状石墨用于构建三维多向性离子迁移通道导电网络结构，所述硅纳米颗粒分散并依附在所述碳纳米管与所述片状石墨所形成的三维网络结构中，所述碳包覆层包覆所述硅纳米颗粒，所述类石榴结构硅碳复合材料还包括球形化处理后成内卷形片状石墨以及碳基质，所述片状石墨用于承建、容纳、分隔所述硅纳米颗粒，所述碳包覆层还包覆所述片状石墨，所述碳基质为碳源熔融后为流性液体被吸收填充在所述片状石墨、所述硅纳米颗粒以及所述纳米管形成的间隙中。/n

【技术特征摘要】
1.一种类石榴结构硅碳复合材料，其特征在于，该复合材料包括硅纳米颗粒、片状石墨、碳纳米管以及碳包覆层，所述碳纳米管和所述片状石墨用于构建三维多向性离子迁移通道导电网络结构，所述硅纳米颗粒分散并依附在所述碳纳米管与所述片状石墨所形成的三维网络结构中，所述碳包覆层包覆所述硅纳米颗粒，所述类石榴结构硅碳复合材料还包括球形化处理后成内卷形片状石墨以及碳基质，所述片状石墨用于承建、容纳、分隔所述硅纳米颗粒，所述碳包覆层还包覆所述片状石墨，所述碳基质为碳源熔融后为流性液体被吸收填充在所述片状石墨、所述硅纳米颗粒以及所述纳米管形成的间隙中。


2.如权利要求1所述的类石榴结构硅碳复合材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒的粒径为5～100nm，所述片状石墨的片径为0.1～100μm，所述片状石墨的片厚0.01～10μm，所述碳包覆层的厚度为0.01～1.0μm，所述碳纳米管的管径为1.0～50nm，所述碳纳米管的管长1.0～50μm。


3.如权利要求1所述的类石榴结构硅碳复合材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒在所述类石榴结构硅碳复合材料中的含量为25～80wt％，所述碳纳米管在所述类石榴结构硅碳复合材料中的含量为0.1～10wt％，所述片状石墨在所述类石榴结构硅碳复合材料中的含量为10～70wt％，所述碳包覆层在所述类石榴结构硅碳复合材料中的总含量为4～25wt％。


4.一种如权利要求1-3中任一项所述的类石榴结构硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅纳米颗粒、片状石墨加入到球形化设备中，并对所述片状石墨进行球形化处理，得到第一混合物；
将碳源、片状石墨加入到所述第一混合物中，置于融合机进行混合搅拌，得到第二混合物；以及
将所述第二混合物置于反应器进行热处理以...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳兵，陈振，王鹏，游从辉，王翠翠，何远标，谢伟森，吕伟，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44