一种硅碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种硅碳复合材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)将硅材料、碳材料和粘结剂混合，造粒，得到中间体A；(2)将所述中间体A进行热混捏和等静压成型，得到中间体B；(3)所述中间体B依次经过第一碳化处理和设置包覆层，得到中间体C；(4)将所述中间体C进行第二碳化处理，得到所述硅碳复合材料；所述第二碳化处理的温度≥第一碳化处理的温度。所述制备方法的原料和设备易得，生产成本低，得到的硅碳复合材料中的纳米硅和碳分布均匀，并具有较大的振实密度和较低的比表面积，导电率高，比容量大，其作为负极活性材料用于锂离子电池中，具有优异的容量、首次充放电效率和循环性能。效率和循环性能。效率和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种硅碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，能源问题备受关注，新能源技术的不断前进带动了锂离子电池的产业化发展。锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液装配而成，其性能优劣在很大程度上依赖于正负极材料的选择。目前实现商业化的负极材料是碳基材料，包括软碳、硬碳、石墨等，其中以石墨的容量更优，其理论比容量为372mAh/g。然而，随着锂离子电池的不断优化，碳基负极材料无法满足电池的性能要求，而且，石墨等碳材料的容量开发已接近极限，很难再有大幅度提升，因此，开发高容量的负极材料具有重要的意义。
[0003]与石墨相比，硅类材料具有更高的比容量，纯硅的理论比容量高达4200mAh/g，而且硅基材料的脱锂电位较低(＜0.5V)，成为富有潜力的负极材料之一。但是，硅是半导体材料，自身的电导率较低；更为重要的是，硅材料在电化学循环过程中会发生严重的膨胀与收缩，体积变化率高达300％，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活本文档来自技高网...

【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，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将硅材料、碳材料和粘结剂混合，造粒，得到中间体A；(2)将步骤(1)得到的中间体A进行热混捏和等静压成型，得到中间体B；(3)步骤(2)得到的中间体B依次经过第一碳化处理和设置包覆层，得到中间体C；(4)将步骤(3)得到的中间体C进行第二碳化处理，得到所述硅碳复合材料；所述第二碳化处理的温度≥第一碳化处理的温度。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅材料包括Si和/或SiO
x
；0＜x＜2；优选地，所述硅材料的中值粒径为50
‑
250nm；优选地，以所述硅材料、碳材料和粘结剂的总质量为100％计，所述硅材料的质量为10
‑
50％；优选地，所述硅材料以其浆料的形式与碳材料、粘结剂混合；优选地，所述浆料的固含量为5
‑
25％；优选地，所述浆料的溶剂包括水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙二醇、丙酮、丁酮、乙醚或甲苯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述浆料中还包括分散剂；优选地，所述碳材料包括石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、碳纳米管、氧化石墨烯或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述碳材料的中值粒径为0.1
‑
8μm；优选地，以所述硅材料、碳材料和粘结剂的总质量为100％计，所述碳材料的质量为20
‑
60％；优选地，所述粘结剂包括沥青、煤焦油、酚醛树脂、环氧树脂、橡胶、聚乙烯醇、月桂酸、聚苯乙烯、聚丙烯腈、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸或淀粉中的任意一种或至少两种的组合；优选地，以所述硅材料、碳材料和粘结剂的总质量为100％计，所述粘结剂的质量≥20％；优选地，所述粘结剂与碳材料的质量比为(0.5
‑
2):1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合在有机溶剂存在下进行；优选地，步骤(1)所述造粒的方法包括喷雾造粒；优选地，所述喷雾造粒的进风温度为90
‑
180℃；优选地，所述喷雾造粒的进风温度为40
‑
120℃。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述热混捏的温度为100
‑
400℃；优选地，步骤(2)所述热混捏的时间为0.5
‑
3h；优选地，步骤(2)所述热混捏的温度高于所述粘结剂的软化点温度，且二者的差值为30
‑
100℃；优选地，步骤(2)所述热混捏在保护气氛中进行；优选地，步骤(2)所述等静压成型的压力为10
‑
150MPa；优选地，步骤(2)所述等静压成型的保压时间为1
‑
30min。
5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述第一碳化处理的温度为400
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李星烁，冯苏宁，顾华清，周敏，卢程，
申请(专利权)人：溧阳紫宸新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：