一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料及其制备方法
、
锂离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子动力电池是一种高性能
、
轻量级的可充电电池技术，广泛应用于移动设备和电动交通工具中
。
它是目前最流行的电池类型之一，因为其高能量密度
、
长寿命和较低的自放电率而备受青睐
。
负极材料和导电剂是锂离子动力电池中两个重要的组成部分
。
负极材料的作用在于充放电过程中，到存储和释放锂离子的作用
。
目前，硅碳材料是一种被广泛研究和开发的锂离子电池负极材料，它将硅颗粒与碳基材料结合在一起
。
这种材料相比传统的石墨负极材料具有一些优点，但也存在一些挑战和限制
。
体积膨胀
。
硅在嵌入和脱出锂离子过程中会发生显著的体积膨胀，导致材料的体积变化
。
动态失活
。
硅颗粒的膨胀和收缩过程可能导致电极团聚
、
裂纹形成以及活性材料的失效
。
这种动态失活会导致电池容量的衰减，并在使用一段时间后降低电池的性能
。
循环稳定性差
。
由于硅的体积变化和团聚问题，硅碳复合材料负极往往具有较差的循环稳定性
。
长期的充放电循环会导致负极材料损耗和结构破坏/>。
[0003]目前，在锂离子电池制备过程中，硅碳负极材料和导电剂作为两个单独部分，需要分别制备使用，制备工艺复杂
。
此外，在匀浆过程中，硅碳负极材料和导电剂要分别加入搅拌，搅拌时间长，难以将两者分散均匀，严重影响电池的性能和寿命
。
现有制备硅碳负极材料和导电剂材料结合的技术也有一些报道，以下是其中一些常用的方法：
[0004]硅碳负极材料与导电剂材料可以通过物理混合
、
化学结合和涂覆等方式进行结合
。1.
物理混合
。
将硅碳负极材料和导电剂材料按一定比例混合均匀，形成混合体系
。
常见的方法包括干法混合
、
湿法混合和机械球磨等
。2.
化学结合
。
通过化学反应将硅碳负极材料与导电剂材料进行结合
。
例如，在硅表面修饰上一层含有功能基团的分子，使其能够与导电剂材料发生化学键的反应，实现两者的结合
。3.
涂覆
。
将导电剂材料涂覆在硅碳负极材料表面形成一层导电剂层
。
这种方式可以形成连续的导电通道
。
常见的涂覆方法包括溶胶凝胶法
、
浸渍法和旋涂法等
。
[0005]尽管硅碳负极材料与导电剂材料的结合可以提高电极性能，但不同的结合方式也存在一些缺点：物理混合的主要缺点是结合强度较低
。
由于硅碳负极材料和导电剂材料之间没有明确的化学键连接，结合界面可能存在分离或失稳的风险
。
此外，物理混合过程中颗粒尺寸的差异可能导致杂散电阻增加
。
化学结合的缺点市化学结合需要引入其他化学试剂或修饰剂，可能会带来额外的成本和制备复杂性
。
同时，反应条件和控制也需要精确，以避免不必要的副反应或副产物对电极性能的不利影响
。
涂覆的缺点在于涂覆方法可以形成连续的导电层，提高导电性能，但往往需要多次涂覆过程才能获得所需的厚度和均匀性，增加了制备时间和操作复杂性
。
此外，涂层的粘附性和稳定性也是一个挑战，可能会导致层状材
料的剥离和损坏
。
[0006]综上所述，不同的结合方式在提高硅碳负极材料与导电剂材料的一体化程度和性能时都存在一些局限性和缺陷
。

技术实现思路

[0007]为解决上述问题，本专利技术提供了一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料及其制备方法
、
锂离子电池
。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009]将硅碳材料和金属源进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料；
[0010]将所述表面含有金属氢氧化物的碳硅材料进行烧结，得到金属氧化物包覆的硅碳负极材料；
[0011]将碳源通过气相沉积法沉积于所述金属氧化物包覆的硅碳负极材料上，后酸洗去除金属元素，得到导电剂碳包覆的硅碳负极材料
。
[0012]进一步地，所述将硅碳材料和金属源进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料的步骤包括以下过程：
[0013]将硅碳材料
、
锌源和铁源加入溶剂中进行混合，得到第一混合溶液；
[0014]将所述第一混合溶液进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料
。
[0015]进一步地，所述烧结的方式包括微波固相烧结
、
等离子体加热法和煅烧焙烧中的至少一种；所述锌源包括硫酸锌
、
氯化锌
、
硝酸锌
、
亚硫酸锌和碳酸锌中的至少一种；所述铁源包括硫酸亚铁
、
硫酸铁
、
氯化铁
、
氯化亚铁
、
硝酸铁
、
偏硫酸铁和亚硫酸铁中的至少一种；所述碳源包括丙烯
、
甲烷和乙烯中的至少一种
。
[0016]进一步地，所述溶剂热法的工作参数包括：所述硅碳材料
、
所述锌源和所述铁源的摩尔比为
(3
～
5):(1
～
2):(1
～
2)
，温度为
130
～
160℃
，时间为1～5小时
。
[0017]进一步地，所述烧结的方式为微波固相烧结，所述微波固相烧结的工作参数包括：温度为
280
～
320℃
，时间为
1.5
～3小时
。
[0018]进一步地，所述气相沉积法的工作参数包括：温度为
580
～
630℃
，时间为1～3小时
。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料，所述导电剂碳包覆的硅碳负极材料是采用第一方面任一项所述的制备方法制得
。
[0020]进一步地，所述导电剂碳包覆的硅碳负极材料的微观形貌呈海绵状
。
[0021]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电解液
、
隔膜
、
壳体
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种导电剂碳包覆的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将硅碳材料和金属源进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料；将所述表面含有金属氢氧化物的碳硅材料进行烧结，得到金属氧化物包覆的硅碳负极材料；将碳源通过气相沉积法沉积于所述金属氧化物包覆的硅碳负极材料上，后酸洗去除金属元素，得到导电剂碳包覆的硅碳负极材料
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将硅碳材料和金属源进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料的步骤包括以下过程：将硅碳材料
、
锌源和铁源加入溶剂中进行混合，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液进行溶剂热法，得到表面含有金属氢氧化物的碳硅材料
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的方式包括微波固相烧结
、
等离子体加热法和煅烧焙烧中的至少一种；所述锌源包括硫酸锌
、
氯化锌
、
硝酸锌
、
亚硫酸锌和碳酸锌中的至少一种；所述铁源包括硫酸亚铁
、
硫酸铁
、
氯化铁
、
氯化亚铁
、
硝酸铁
、
偏硫酸铁和亚硫酸铁中的至少一种；所述碳源包括丙烯
、
甲烷和乙烯中的至少一种
。4.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热法的工作参数包括：所述硅碳材料
、
所述锌源和所述铁源的摩尔比为
(3
～
5):(1
～
2):(1
～
2)
，温度为
130
～
160℃
，时间为1～5小时
。5.
根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈列哈，杨允杰，汪勇，何梦娇，高建疆，蒲旺，
申请(专利权)人：华鼎国联动力电池有限公司，
类型：发明
国别省市：