硅碳复合材料及其制备方法技术

本申请提供了一种硅碳复合材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
硅碳复合材料及其制备方法、二次电池和用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，特别是涉及一种硅碳复合材料及其制备方法
、
二次电池和用电装置
。

技术介绍

[0002]二次电池在便携式电子设备
、
电动汽车等领域有着非常广泛的应用
。
随着新能源行业的不断发展，用户对二次电池提出了越来越高的使用要求
。
例如，高能量密度等
。
[0003]硅基材料由于具有较高的容量而被广泛应用于二次电池中
。
但是由于硅存在高膨胀的特性，并且其导电性差；因此硅基材料在提高二次电池能量密度的同时，同样会影响二次电池的循环性能，限制了电池技术的进一步发展
。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种硅碳复合材料及其制备方法
、
二次电池和用电装置，以缓解二次电池的膨胀，并提升二次电池的循环性能
。
[0005]为了实现上述目的，本申请的第一方面提供一种硅碳复合材料，包括：碳基体，所述碳基体具有孔结构；及硅基材料，分布在所述碳基体的孔结构中；采用扣式电池对所述硅碳复合材料进行充放电，绘出用扣式电池充放电曲线的电压
V
对充放电容量
Q
进行微分而得的微分值
dQ/dV
与所述电压
V
之间的关系的曲线图，将
0.26V
‑
0.35V
之间的微分值
dQ/dVr/>的最大值记为
V
A
，将
0.42V
‑
0.52V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
B
，则所述硅碳复合材料满足：
V
A
/V
B
≥1.40。
[0006]本申请的硅碳复合材料中至少有部分硅基材料分布在碳基体的孔结构内，碳基体可提高硅基材料的导电性，同时还可作为充放电过程中硅基材料体积膨胀的缓冲介质，有效缓解由于硅基材料膨胀而导致的二次电池体积变大的问题
。
进一步的，通过制备工艺调节，使得硅碳复合材料满足
V
A
/V
B
≥1.40
，可有效改善硅碳复合材料的循环性能和首次充放电效率
。
[0007]在一些实施例中，
1.42≤V
A
/V
B
≤1.90。
[0008]在一些实施例中， 1.50≤V
A
/V
B
≤1.70。
[0009]在一些实施例中，所述硅基材料的晶粒尺寸
≤6nm。
[0010]在一些实施例中，所述孔结构的孔径为
0.5nm
‑
8nm。
[0011]在一些实施例中，所述孔结构包括孔径大于等于
0.5nm
且小于
2nm
的微孔和孔径为
2nm
‑
8nm
的介孔
。
[0012]在一些实施例中，所述微孔在所述孔结构中的数量占比为
60%
‑
90%。
[0013]在一些实施例中，所述硅碳复合材料的比表面积为
2m2/g
‑
10 m2/g。
[0014]在一些实施例中，所述硅碳复合材料具有下述特征中的至少一项：
(1)
所述硅基材料包括硅单质；
(2)
所述硅基材料的形状包括球形
、
类球形
、
片状和线型中的一种或多种；
(3)
所述碳基体的比表面积为
1000 m2/g
ꢀ‑
2000 m2/g
；
(4)
所述硅基材料在所述硅碳复合材料中的质量占比为
35%
‑
60%
；
(5)
所述硅碳复合材料的体积分布粒径
Dv50
为3μ
m
‑
15
μ
m
；
(6)
所述硅碳复合材料的体积分布粒径
Dv90
小于等于 50
μ
m
；
(7)
所述硅碳复合材料满足：
1≤(Dv90
‑
Dv10)/Dv50≤3
；
(8)
所述硅碳复合材料的振实密度为
0.8g/cm3‑
1.2 g/cm3；
(9)
所述硅碳复合材料在
16MPa
下的粉末电阻率小于等于5Ω
·
m。
[0015]在一些实施例中，所述硅碳复合材料的至少部分外表面上还包括碳包覆层
。
[0016]在一些实施例中，所述碳包覆层具有下述特征中的至少一项：
(1)
所述碳包覆层的材料包括无定形碳；
(2)
所述碳包覆层的厚度为
50nm
‑
200nm。
[0017]本申请的第二方面提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：制备碳基材；对所述碳基材进行造孔处理，得到具有孔结构的碳基体
A
；对具有孔结构的所述碳基体
A
进行孔径调控处理，得到具有孔结构的碳基体
B
；在具有孔结构的碳基体
B
的孔结构内沉积硅基材料，制备所述硅碳复合材料；其中，采用扣式电池对所述硅碳复合材料进行充放电，绘出用扣式电池充放电曲线的电压
V
对充放电容量
Q
进行微分而得的微分值
dQ/dV
与所述电压
V
之间的关系的曲线图，将
0.26V
‑
0.35V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
A
，将
0.42V
‑
0.52V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
B
，则所述硅碳复合材料满足：
V
A
/V
B
≥1.40。
[0018]在一些实施例中，所述制备碳基材的步骤包括：将碳材料前驱体进行第一烧结处理，制备所述碳基材
。
[0019]在一些实施例中，所述碳基材的制备满足如下条件中的至少一个：
(1)
所述第一烧结处理的温度为
400℃
‑
800℃
；
(2)
所述第一烧结处理的时间为
1h
‑
12h
；
(3)
所述第一烧结处理的气氛包括惰性气体；
(4)<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：碳基体，所述碳基体具有孔结构；及硅基材料，分布在所述碳基体的孔结构中；采用扣式电池对所述硅碳复合材料进行充放电，绘出用扣式电池充放电曲线的电压
V
对充放电容量
Q
进行微分而得的微分值
dQ/dV
与所述电压
V
之间的关系的曲线图，将
0.26V
‑
0.35V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
A
，将
0.42V
‑
0.52V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
B
，则所述硅碳复合材料满足：
V
A
/V
B
≥1.40。2.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，
1.42≤V
A
/V
B
≤1.90。3.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，
1.50≤V
A
/V
B
≤1.70。4.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅基材料的晶粒尺寸
≤6nm。5.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述孔结构的孔径为
0.5nm
‑
8nm。6.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述孔结构包括孔径大于等于
0.5nm
且小于
2nm
的微孔和孔径为
2nm
‑
8nm
的介孔
。7.
如权利要求6所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述微孔在所述孔结构中的数量占比为
60%
‑
90%。8.
如权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的比表面积为
2m2/g
ꢀ‑
10 m2/g。9.
如权利要求1至8任一项所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料具有下述特征中的至少一项：
(1)
所述硅基材料包括硅单质；
(2)
所述硅基材料的形状包括球形
、
类球形
、
片状和线型中的一种或多种；
(3)
所述碳基体的比表面积为
1000 m2/g
ꢀ‑
2000 m2/g
；
(4)
所述硅基材料在所述硅碳复合材料中的质量占比为
35%
‑
60%
；
(5)
所述硅碳复合材料的体积分布粒径
Dv50
为3μ
m
‑
15
μ
m
；
(6)
所述硅碳复合材料的体积分布粒径
Dv90
小于等于 50
μ
m
；
(7)
所述硅碳复合材料满足：
1≤(Dv90
‑
Dv10)/Dv50≤3
；
(8)
所述硅碳复合材料的振实密度为
0.8g/cm3‑
1.2 g/cm3；
(9)
所述硅碳复合材料在
16MPa
下的粉末电阻率小于等于5Ω
·
m。10.
如权利要求9所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的至少部分外表面还包括碳包覆层
。11.
如权利要求
10
所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述碳包覆层具有下述特征中的至少一项：
(1)
所述碳包覆层的材料包括无定形碳；
(2)
所述碳包覆层的厚度为
30nm
‑
200nm。12.
一种如权利要求1至
11
任一项所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备碳基材；对所述碳基材进行造孔处理，得到具有孔结构的碳基体
A
；对具有孔结构的所述碳基体
A
进行孔径调控处理，得到具有孔结构的碳基体
B
；
在具有孔结构的碳基体
B
的孔结构内沉积硅基材料，制备所述硅碳复合材料，其中，采用扣式电池对所述硅碳复合材料进行充放电，绘出用扣式电池充放电曲线的电压
V
对充放电容量
Q
进行微分而得的微分值
dQ/dV
与所述电压
V
之间的关系的曲线图，将
0.26V
‑
0.35V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
A
，将
0.42V
‑
0.52V
之间的微分值
dQ/dV
的最大值记为
V
B
，则所述硅碳复合材料满足：
V
A
/V
B
≥1.40。13.
如权利要求
12
所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备碳基材的步骤包括：将碳材料前驱体进行第一烧结处理，制备所述碳基材
。14.
如权利要求
13
所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳基材的制备方法满足下述条件中的至少一个：
(1)
所述第一烧结处理的温度为
400℃
‑
800℃
；
(2)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文强，王家政，吕子建，苏颖薇，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：