硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、二次电池及用电装置制造方法及图纸

本申请涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、二次电池及用电装置。该硅碳复合材料括多孔碳及硅酸锌

【技术实现步骤摘要】
硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、负极活性材料、负极极片、二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池等二次电池具有高能量密度、长寿命、无记忆效应、低自放电率等特点，被广泛应用于电动汽车、大型储能设备等领域。
[0003]传统锂离子电池的负极材料包括石墨等碳材料、硅基材料、锡基材料等。与传统石墨负极相比，硅具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(<0.5V)，因此成为锂离子电池碳基负极升级换代的富有潜力的选择之一。然而，硅基材料作为锂离子电池负极材料也有缺点。在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使硅基材料体积发生300％以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致电池循环性能大大降低。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种具有较高容量、较低膨胀率的硅碳复合材料及其制备方法，用于负极活性材料，能够改善二次电池的循环稳定性。
[0005]此外，还提供包括上述硅碳复合材料的负极活性材料、负极极片、二次电池及用电装置。
[0006]本申请的一个方面，提供了一种硅碳复合材料，包括多孔碳及硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料；至少部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料填充在所述多孔碳的孔中；
[0007]所述硅酸锌
>‑
硅氧碳复合材料为多孔结构；所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料的孔径为1nm～5nm；所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，锌元素的质量含量为1％～6％。
[0008]在其中一些实施方式中，所述硅碳复合材料满足(1)～(8)中至少一个条件：
[0009](1)部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料填充在所述多孔碳的孔中，部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料包覆于所述多孔碳的表面；
[0010](2)所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，硅酸锌分散在硅氧碳化合物的多孔骨架中；
[0011](3)所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，硅元素的质量含量为10％～30％；(4)所述多孔碳的比表面积为300m2/g～1500m2/g；
[0012](5)所述多孔碳的孔容积为0.4cm3/g～1.2cm3/g；
[0013](6)所述多孔碳的平均孔径为20nm～200nm；
[0014](7)所述多孔碳的平均粒径为5μm～10μm；
[0015](8)所述多孔碳包括多孔石墨、多孔硬碳、多孔软碳、多孔碳纳米管、多孔石墨烯及多孔碳纤维中的至少一种。
[0016]本申请的另一方面，还提供了上述的硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]将硅油、硬脂酸锌及多孔碳混合，制备悬浊液；所述硅油及所述硬脂酸锌的质量比为(1～5)：1；
[0018]在保护性气氛下，将所述悬浊液在0.5MPa～10MPa，300℃～700℃条件下热处理，制备中间体；
[0019]在保护性气氛下，将所述中间体在850℃～1100℃下热处理，制备所述硅碳复合材料。
[0020]在其中一些实施方式中，所述制备方法满足(1)～(3)中至少一个条件：
[0021](1)所述硅油包括甲基硅油、二已基硅油、苯甲基硅油、甲基含氢硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基乙烯基硅油甲基乙氧基硅油及羟基硅油中的至少一种；
[0022](2)所述硅油及所述多孔碳的质量比为(0.2～1.5)：1；
[0023](3)所将述中间体热处理的步骤中，所述热处理的时间为2h～4h。
[0024]在其中一些实施方式中，所述制备悬浊液的步骤包括：
[0025]将所述硅油及所述硬脂酸锌溶解于有机溶剂中，制备含硅溶液；
[0026]将所述多孔碳分散于所述含硅溶液中，制备所述悬浊液；
[0027]可选地，所述有机溶剂包括苯、甲苯、环己烷、己烷、庚烷、辛烷及壬烷中的至少一种；
[0028]可选地，所述硅油及所述有机溶剂的质量比为1：(1～3)。
[0029]在其中一些实施方式中，所述制备中间体的步骤包括：
[0030]在保护性气氛下，将所述悬浊液在0.5MPa～10MPa下加压处理；
[0031]将经过加压处理的所述悬浊液在300℃～700℃条件下热处理；
[0032]可选地，所述保护性气氛包括氮气、氩气、氦气及氖气中的至少一种；
[0033]可选地，所述加压处理的时间为0.5h～2h；
[0034]可选地，所述热处理的时间为1h～3h。
[0035]本申请的另一方面，还提供了一种负极活性材料，包括上述的硅碳复合材料或者根据上述的硅碳复合材料的制备方法制得的硅碳复合材料；
[0036]可选地，所述负极活性材料还包括包覆碳层；所述包覆碳层包覆于所述硅碳复合材料的表面；
[0037]可选地，所述负极活性材料中包覆碳层的质量含量为1％～5％。
[0038]本申请的另一方面，还提供了一种负极极片，包括上述的负极活性材料。
[0039]本申请的另一方面，还提供了一种二次电池，包括上述的负极极片。
[0040]本申请的另一方面，还提供了一种用电装置，包括上述的二次电池。
[0041]本申请实施方式提供的硅碳复合材料包括多孔碳及具有多孔结构的硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料。硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料的孔径为1nm～5nm，锌元素的质量含量为1％～6％。上述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料具有合适的孔径及锌元素含量，结构稳定性较好，且具有较低的体积膨胀率及较好的导电性。由于部分硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料填充在多孔碳的孔中，进一步缓冲硅碳复合材料的体积膨胀。在电化学循环过程中，上述硅碳复合材料具有较低的体积膨胀，能够提升二次电池的循环稳定性。
附图说明
[0042]图1为本申请一实施方式的硅碳复合材料的制备方法流程示意图。
具体实施方式
[0043]为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
[0044]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0045]本申请一实施方式，提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅碳复合材料，其特征在于，包括多孔碳及硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料；至少部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料填充在所述多孔碳的孔中；所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料为多孔结构；所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料的孔径为1nm～5nm；所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，锌元素的质量含量为1％～6％。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料满足(1)～(8)中至少一个条件：(1)部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料填充在所述多孔碳的孔中，部分所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料包覆于所述多孔碳的表面；(2)所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，硅酸锌分散在硅氧碳化合物的多孔骨架中；(3)所述硅酸锌
‑
硅氧碳复合材料中，硅元素的质量含量为10％～30％；(4)所述多孔碳的比表面积为300m2/g～1500m2/g；(5)所述多孔碳的孔容积为0.4cm3/g～1.2cm3/g；(6)所述多孔碳的平均孔径为20nm～200nm；(7)所述多孔碳的平均粒径为5μm～10μm；(8)所述多孔碳包括多孔石墨、多孔硬碳、多孔软碳、多孔碳纳米管、多孔石墨烯及多孔碳纤维中的至少一种。3.权利要求1或2所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅油、硬脂酸锌及多孔碳混合，制备悬浊液；所述硅油及所述硬脂酸锌的质量比为(1～5)：1；在保护性气氛下，将所述悬浊液在0.5MPa～10MPa，300℃～700℃条件下热处理，制备中间体；在保护性气氛下，将所述中间体在850℃～1100℃下热处理，制备所述硅碳复合材料。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勇明，吴云胜，胡晓东，吴泽轶，石九菊，何晓云，罗琳膑，肖萌栋，
申请(专利权)人：深圳市金润能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：