低膨胀硅碳负极材料的制备方法及其硅碳负极材料和应用技术

本发明专利技术公开了一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法及其硅碳负极材料和应用，包括操作步骤：步骤S1a)、制备改性多孔碳：将碳源与非金属活化剂混合均匀、烘干后得到烘干物，在惰性气氛下，升温至不低于200℃的温度条件并保温至少1小时，然后升温至不低于700℃的温度条件并保温至少1小时用于进行碳化，得到改性多孔碳；步骤S1b)、得到聚硅烷溶液；步骤S2)、采用硅烷裂解法，将改性多孔碳添加到反应釜中，在真空加热状态下，通过液体喷雾方式向改性多孔碳喷射聚硅烷溶液，使得聚硅烷溶液进行液体裂解；本发明专利技术得到的低膨胀硅碳负极材料具有裂解温度低、硅晶粒生长小、膨胀低，且对制造环境要求低，成本低等优点，且结构稳定性好，应用于电池后的性能表现优异。后的性能表现优异。后的性能表现优异。

【技术实现步骤摘要】
低膨胀硅碳负极材料的制备方法及其硅碳负极材料和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法，本专利技术还涉及了采用该制备方法得到的硅碳负极材料及其应用。

技术介绍

[0002]砂磨法制备得到硅碳材料由于存在满电膨胀高、循环性能差等缺陷而限制其在电动汽车等领域进行应用，而只能应用于电动工具、数码等小功率电器领域中。采用常规硅烷裂解法制备得到的硅碳材料具有硅晶粒较小、膨胀小以及循环性能优异等优点，但是因为其为多孔结构导致其阻抗偏大，安全隐患较大，使其难以实现批量产业化；而通过液体硅烷裂解法制备硅碳材料具有对制造环境不苛刻、反应温度低且安全隐患小等优点，但是其由于裂解温度低，纳米硅及其无定形碳的结构稳定性差，使其存储及其首次效率偏低，因此通过液体硅烷裂解法制备硅碳材料还难以真正地在高比能量密度的锂离子电池中进行应用。
[0003]公开号为CN114556621A的专利技术专利申请公开了一种负极材料的制备方法，具体提出：将硅源溶解在有机溶剂中，得到第一混合物；将多孔碳材料与所述第一混合物混合搅拌，然后加热去除溶剂，并将得到的产物烘干，得到烘干产物；将烘干产物进行高温裂解，得到Si
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M
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C@多孔碳材料；在Si
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M
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C@多孔碳材料的表面上形成导电碳层，得到负极材料；该方法虽然提及了制备液态硅烷，然而其在实施时，对液态硅烷进行烘干，然后同样需要采用高温裂解条件对烘干物进行硅烷裂解，造成液体硅烷裂解法制备硅碳材料的本身优势也随之消失。
[0004]为此，基于本申请人在本领域的专注研究经验，希望寻求新的技术方案来解决以上技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法及其硅碳负极材料和应用，具有裂解温度低、硅晶粒生长小、膨胀低，且对制造环境要求低，成本低等优点；同时本申请制得的硅碳负极材料结构稳定性好，应用于电池后的性能表现优异，有力推进了将液态硅烷法制备硅碳材料批量应用于高比能量密度的锂离子电池中的发展进程。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法，至少包括如下操作步骤：
[0008]步骤S1a)、制备改性多孔碳：将碳源与非金属活化剂混合均匀、烘干后得到烘干物，在惰性气氛下，升温至不低于200℃的温度条件并保温至少1小时，然后升温至不低于700℃的温度条件并保温至少1小时用于进行碳化，得到改性多孔碳；
[0009]步骤S1b)、将聚二甲基硅烷添加到裂解反应釜中，在抽真空环境下通入惰性气体，在不高于350℃的温度条件进行裂解，得到聚硅烷；然后将所述聚硅烷添加到有机溶剂中分散均匀，得到聚硅烷溶液；
[0010]其中，所述步骤S1a)和步骤S1b)可同时进行或先后进行；
[0011]步骤S2)、采用硅烷裂解法，将上述步骤S1a)得到的改性多孔碳添加到反应釜中，在真空加热状态下，通过液体喷雾方式向所述改性多孔碳喷射上述步骤S1b)得到的聚硅烷溶液，使得所述聚硅烷溶液进行液体裂解；
[0012]步骤S3)、得到所述低膨胀硅碳负极材料。
[0013]优选地，在所述步骤S1a)中，所述碳源与所述活性炭的重量份比例范围为100：1
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20，优选为100：1
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10；所述升温速率为1
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10℃/分钟。
[0014]优选地，在所述步骤S1a)中，在惰性气氛下，升温至200
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300℃的温度条件并保温1
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6小时，然后升温至700
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900℃的温度条件并保温1
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6小时。
[0015]优选地，在所述步骤S1a)中，所述碳源选自三乙胺、羟基三乙胺、二乙胺中的任意一种或几种的混合；所述非金属活化剂选自H3PO4，HNO3、硼酸的任意一种或几种的混合。
[0016]优选地，在所述步骤S1b)中，将聚二甲基硅烷添加到裂解反应釜中，抽真空至≤100pa后通入惰性气体至0.5
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1Mpa，然后升温至200
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300℃的温度条件进行裂解，得到所述聚硅烷。
[0017]优选地，在所述步骤S1b)中，所述聚硅烷与有机溶剂的重量份比例范围为1
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20:500，优选为1
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10:500。
[0018]优选地，在所述步骤S1b)中，所述有机溶剂选自二甲苯、甲苯、1，4
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二甲苯、间二甲苯、溴甲基苯、氯代甲苯、均三甲苯中的任意一种或几种的混合。
[0019]优选地，在所述步骤S2)中，将上述步骤S1a)得到的改性多孔碳添加到反应釜中，将所述反应釜抽真空至不高于1Mpa，且加热至300
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500℃，通过液体喷雾方式向所述改性多孔碳喷射上述步骤S1b)得到的聚硅烷溶液，使得所述聚硅烷溶液进行液体裂解，所述液体裂解时间为1
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6小时。
[0020]优选地，一种低膨胀硅碳负极材料，采用如上所述低膨胀硅碳负极材料的制备方法得到。
[0021]优选地，一种如上所述低膨胀硅碳负极材料的应用，将所述低膨胀硅碳负极材料作为制备电池极片的活性物质原料，优选作为锂离子电池负极极片的活性物质原料。
[0022]本申请以聚二甲基硅烷作为硅源原料，进行液态硅烷裂解法制备硅碳材料，具有裂解温度低、硅晶粒生长小、膨胀低，且对制造环境要求低，成本低等优点；同时本申请特别采用非金属活化剂对多孔碳进行非金属活化掺杂，得到非金属掺杂多孔碳材料(即为改性多孔碳)，不仅具有反应条件温和、不引入杂质的优点，并通过活化剂扩充了硅碳材料的层间距且引入了电子导电率高等元素(如氮、硼、磷等)降低硅碳材料的电子阻抗，最终使得本申请制得的硅碳负极材料结构稳定性好，应用于电池后的性能表现优异，有力推进了将液态硅烷法制备硅碳材料批量应用于高比能量密度的锂离子电池中的发展进程。
附图说明
[0023]图1是本专利技术具体实施方式下硅碳负极材料的制备步骤框图；
[0024]图2是本专利技术实施例1制备得到硅碳负极材料的SEM图。
具体实施方式
[0025]请参见图1所示，本实施例提供了一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法，至少包括
如下操作步骤：
[0026]步骤S1a)、制备改性多孔碳：将碳源与非金属活化剂混合均匀、烘干后得到烘干物，在惰性气氛下，升温至不低于200℃(优选为200
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300℃)的温度条件并保温至少1小时(优选为1
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6小时)，然后升温至不低于700℃(优选为700
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900℃的)的温度条件并保温至少1小时(优选为1
‑
6小时)用于进行碳化，得到改性多孔碳；优选地，在本步骤S1a)中，碳源与活性炭的重量份比例范围为10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低膨胀硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，至少包括如下操作步骤：步骤S1a)、制备改性多孔碳：将碳源与非金属活化剂混合均匀、烘干后得到烘干物，在惰性气氛下，升温至不低于200℃的温度条件并保温至少1小时，然后升温至不低于700℃的温度条件并保温至少1小时用于进行碳化，得到改性多孔碳；步骤S1b)、将聚二甲基硅烷添加到裂解反应釜中，在抽真空环境下通入惰性气体，在不高于350℃的温度条件进行裂解，得到聚硅烷；然后将所述聚硅烷添加到有机溶剂中分散均匀，得到聚硅烷溶液；其中，所述步骤S1a)和步骤S1b)可同时进行或先后进行；步骤S2)、采用硅烷裂解法，将上述步骤S1a)得到的改性多孔碳添加到反应釜中，在真空加热状态下，通过液体喷雾方式向所述改性多孔碳喷射上述步骤S1b)得到的聚硅烷溶液，使得所述聚硅烷溶液进行液体裂解；步骤S3)、得到所述低膨胀硅碳负极材料。2.根据权利要求1所述低膨胀硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1a)中，所述碳源与所述活性炭的重量份比例范围为100：1
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20，优选为100：1
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10；所述升温速率为1
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10℃/分钟。3.根据权利要求1所述低膨胀硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1a)中，在惰性气氛下，升温至200
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300℃的温度条件并保温1
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6小时，然后升温至700
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900℃的温度条件并保温1
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6小时。4.根据权利要求1或2或3所述低膨胀硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1a)中，所述碳源选自三乙胺、羟基三乙胺、二乙胺中的任意一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘殿忠，丁伟涛，邢显博，高明亮，郝文玉，
申请(专利权)人：东营胜华盈创新材料有限公司胜华新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：