制备碳-硅复合粉末的方法、使用该方法制备的碳-硅复合粉末以及包括其的锂二次电池技术

本发明专利技术提供了一种用于制造碳

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备碳
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硅复合粉末的方法、使用该方法制备的碳
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硅复合粉末以及包括其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种用于制备具有优异导电性的高容量碳
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硅复合粉末的方法、使用该方法制得的碳
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硅复合粉末，以及一种具有优异寿命特性、输出特性和安全性的锂二次电池，该锂二次电池包括作为负极活性物质的碳
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硅复合粉末。

技术介绍

[0002]锂二次电池被广泛用作包括移动电话在内的移动电子设备的电源，其应用领域随着电动车辆等大型设备需求的增加而不断扩大。
[0003]同时，目前商业化的锂二次电池大多使用碳基材料作为负极活性物质。但最近人们尝试使用如Si、Sn和Al等的金属材料，这些材料具有更高的容量，可以取代碳基负极活性物质。但是，这些金属材料在锂的嵌入和脱嵌过程中会产生很大的体积膨胀和收缩，其缺点是会导致微粉化、失去传导路径等，从而使电池的整体性能劣化。
[0004]为了解决这一缺点，人们努力将各种碳材料与Si简单混合。但是，由于Si在充电和放电过程中会发生较大的体积膨胀和收缩，与Si简单地混合的碳材料中的碳可能会从Si中释放出来。因此，不利地是由于导电性变差而大大降低了寿命特性。此外，由于用作粘合剂的碳材料会团聚，因此在烧制和粉碎后需要使用具有预定尺寸的筛网进行筛分。在此过程中，负极活性物质的形状会发生坍塌，并出现大量粒径为几百纳米或更小的粉末。因此，使用这种材料的锂二次电池的效率降低，这是不利的。

技术实现思路

[技术问题][0005]本专利技术致力于克服现有技术的缺点和劣势并解决现有技术中尚未解决的技术问题。
[0006]本专利技术的一个目的是提供一种用于制备具有优异的导电性的高容量碳
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硅复合粉末的方法及使用该方法生产的碳
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硅复合粉末。
[0007]本专利技术的另一个目的是提供一种锂二次电池，该电池具有优异的寿命特性、输出特性和安全性，包括作为负极活性物质的碳
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硅复合粉末。[技术方案][0008]根据本专利技术的一个方面，可以通过提供一种制备碳
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硅复合粉末的方法来实现上述目的和其他目的，该方法包括:
[0009]A)向含有硅颗粒和分散介质的硅浆料中加入结晶碳和无定形碳前驱体，以制备第一混合溶液，所述第一混合溶液包含的硅颗粒、结晶碳和无定形碳前驱体的重量比为20
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70:20
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70:1
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19；
[0010]B)喷雾干燥第一混合溶液，以制备第一复合粉末；
[0011]C)将第一复合粉末加入到含有碳纤维的水性溶剂中，以制备第二混合溶液；
[0012]D)对第二混合溶液进行冷等静压(cold isostatic pressing，CIP)，然后干燥，以制备第二复合粉末，以及
[0013]E)对所述第二复合粉末进行筛分而不粉碎，以制备碳
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硅复合粉末。
[0014]硅颗粒的平均粒径(D50)可以为10nm至1000nm。
[0015]硅颗粒和分散介质的重量比可以为1:99至30:70。
[0016]喷雾干燥可以在50℃至300℃下进行。
[0017]在第二混合溶液中的第一复合粉末和碳纤维的重量比可以为70:30至99.9:0.1。
[0018]第一复合粉末和含有碳纤维的水性溶剂的重量比可以为1:1至1:2。
[0019]第二混合溶液可以包含基于所述第一复合粉末总重量的0.01重量％至1重量％的量的用以分散所述第一复合粉末的分散剂。
[0020]冷等静压(CIP)可以通过将第二混合溶液注入由橡胶形成的容器中，然后使用冷等静压机向其施加50至2500大气压(atm)的等静压来进行。
[0021]在冷等静压(CIP)之后可以在70℃至300℃下进行干燥。
[0022]碳
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硅复合粉末的孔隙率可以为0.1％至5％。
[0023]碳
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硅复合粉末可以呈球形。
[0024]碳
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硅复合粉末的D90可以为20μm至80μm。
[0025]根据本专利技术的另一方面，提供了一种使用该方法制备的碳
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硅复合粉末。
[0026]根据本专利技术的另一方面，提供了一种包括碳
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硅复合粉末的负极活性物质。
[0027]根据本专利技术的另一方面，提供了一种包括负极活性物质的锂二次电池。[有益效果][0028]根据本专利技术，可以制备碳
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硅复合粉末，在制备碳
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硅复合粉末的过程中，通过防止碳材料和硅颗粒结块，该粉末的形状被保持而无需粉碎，并表现出优异的工艺反应性，从而提供使用该粉末的具有改善的寿命特性和输出特性的锂二次电池。
[0029]此外，根据本专利技术制备的碳
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硅复合粉末经过压缩，空隙最小化，从而有效阻止硅颗粒与电解液之间的接触，从而赋予锂二次电池安全性。
附图说明
[0030]图1是示出根据实施例1和比较例1的碳
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硅复合粉末的SEM图像；
[0031]图2是示出构成根据实施例1和比较例2的碳
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硅复合粉末的颗粒的图像；
[0032]图3是示出根据实施例1和比较例2的锂二次电池的剩余容量的比例与循环次数的函数关系的图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种制备碳
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硅复合粉末的方法，该方法包括:
[0034]A)向含有硅颗粒和分散介质的硅浆料中加入结晶碳和无定形碳前驱体，以制备第一混合溶液，所述第一混合溶液包含的硅颗粒、结晶碳和无定形碳前驱体的重量比为20
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70:20
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70:1
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19；
[0035]B)喷雾干燥第一混合溶液，以制备第一复合粉末；
[0036]C)将第一复合粉末加入到含有碳纤维的水性溶剂中，以制备第二混合溶液；
[0037]D)对第二混合溶液进行冷等静压(CIP)，然后干燥，以制备第二复合粉末，以及
[0038]E)对所述第二复合粉末进行筛分而不粉碎，以制备碳
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硅复合粉末。
[0039]根据本专利技术，在制备碳
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硅复合粉末的过程中，通过防止碳材料和硅颗粒结块，可以制备出保持球形或基本球形从而具有预定的粒径，而不粉碎的碳
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硅复合粉末，因此提供优异的反应顺利性。此外，使用这种碳
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硅复合粉末作为负极活性物质的锂二次电池可有效地表现出高容量硅特性，并减轻充电和放电过程中的体积膨胀问题，从而提高寿命特性和输出特性。
[0040]在步骤A)中，可以通过向硅浆料中添加结晶碳和无定形碳前驱体来制备第一混合溶液。
[0041]在混合结晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备碳
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硅复合粉末的方法，所述方法包括：A)向含有硅颗粒和分散介质的硅浆料中加入结晶碳和无定形碳前驱体，以制备第一混合溶液，所述第一混合溶液包含的硅颗粒、结晶碳和无定形碳前驱体的重量比为20
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70:20
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70:1
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19；B)喷雾干燥所述第一混合溶液，以制备第一复合粉末；C)将所述第一复合粉末加入到含有碳纤维的水性溶剂中，以制备第二混合溶液；D)对所述第二混合溶液进行冷等静压(CIP)，然后干燥，以制备第二复合粉末，以及E)对所述第二复合粉末进行筛分而不粉碎，以制备碳
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硅复合粉末。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅颗粒的平均粒径(D50)为10nm至1000nm。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅颗粒和所述分散介质的重量比为1:99至30:70。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述喷雾干燥在50℃至300℃下进行。5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二混合溶液中的所述第一复合粉末和所述碳纤维的重量比为70:30至99.9:0.1。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一复合粉末和所述含有碳纤维的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：金熙珍，朴铉基，朴定洙，
申请(专利权)人：科乐思儿有限公司，
类型：发明
国别省市：