【技术实现步骤摘要】
本申请属于电池领域，具体而言，涉及硅碳材料及制备方法、负极材料、负极极片、电池和用电装置。
技术介绍
1、尽管硅具有较高的理论容量，但是其在充放电过程中会产生巨大的体积变化，这种变化将造成材料结构破坏、颗粒粉化，进而导致电极容量快速衰减，电极失效。为解决上述问题，将硅材料与碳材料进行复合制备硅碳材料是一种有效的方式。采用硅烷热分解法在碳基材上制备纳米硅粉并将其应用在锂离子电池负极材料中是目前的研究热点。
2、目前新型硅碳材料多孔碳孔内尤其是微孔存在纳米硅较难沉积，且随着硅烷沉积过程的进行流化效果变差，导致硅烷沉积均匀性差且由于硅烷裂解速度过快存在表面覆硅问题。利用催化剂掺杂的多孔碳的方法在本领域是已知的，中国专利技术专利cn 114122352 a采用磁控溅射法在多孔碳材料表面掺杂催化剂对多孔碳材料进行掺杂改性，再进行化学气相沉积硅和沉积碳，虽然金属类催化剂有利于诱导硅颗粒在改性多孔碳内部孔隙沉积，但是沉积硅后金属催化剂脱除困难，导致金属类催化剂残留而影响其电化学性能。中国专利技术专利cn 112234197b通在石墨烯表面，先利用金属催化化学气相沉积生成碳纳米纤维，接着通过高温挥发将金属类催化剂高效脱除脱，再利用碳纳米纤维催化化学气相沉积硅，最后沉积无定形碳，得到无定形碳硅碳纳米纤维石墨复合材料，虽然该方法能够在一定程度上减少金属催化剂在最终复合材料中的残留但工艺繁琐且增加能耗。在进行化学气相硅沉积之前，需要在多孔碳基材中掺入金属类催化剂，硅碳材料制备完成后需要除去过量的金属催化剂，不但工艺繁琐，而且金属类催化剂残
3、因此，现有的硅碳材料的制备工艺有待改进。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本专利技术的一个目的在于提出一种硅碳材料及制备方法、负极材料、负极极片、电池和用电装置。该硅碳材料中的多孔碳基材的孔内沉积较多的纳米硅，不仅可以提高硅碳材料的比容量，而且可以有效缓解硅的体积效应，从而在将该硅碳材料用于负极极片时，可以提高电池的容量、循环稳定性和首效。
3、在本专利技术的第一个方面，本专利技术提出了一种硅碳材料，所述硅碳材料包括多孔碳基材，所述多孔碳基材的孔内及表面沉积有纳米硅，所述硅碳材料的bet比表面积小于或等于5m2/g。
4、由此，本申请的硅碳材料具有较低的bet比表面积，即该硅碳材料中的多孔碳基材的孔内沉积较多的纳米硅，不仅可以提高硅碳材料的比容量，而且可以有效缓解硅的体积效应，从而在将该硅碳材料用于负极极片时，可以提高电池的容量、循环稳定性和首效。
5、在本专利技术的一些实施例，基于所述硅碳材料的总质量，所述纳米硅的质量占比为30wt％-70wt％。由此，将该硅碳材料应用到负极极片中，可以提高电池的容量和循环稳定性。
6、在本专利技术的一些实施例，所述硅碳材料的孔容不高于0.01cm3/g。由此，将该硅碳材料应用到负极极片中，可以提高电池的容量、循环稳定性和首效。
7、在本专利技术的一些实施例，所述硅碳材料的至少部分表面具有沉积碳。由此，可以降低硅碳材料的活性，从而提高其稳定性及电化学性能。
8、在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备硅碳材料的方法，包括：
9、将多孔碳基材置于反应器内，向所述反应器内通入包括硅源气体和保护气体的混合气体，分阶段进行化学气相沉积。
10、由此，该方法通过分阶段进行化学气相沉积，避免了单一阶段沉积中由于硅烷裂解速度大于硅源在多孔碳孔内渗透速率存在表面富硅的问题，可以得到上述低bet比表面积的硅碳材料，即在多孔碳基材孔内沉积更多的纳米硅，不仅可以提高硅碳材料的比容量，而且可以有效缓解硅的体积效应，从而在将该硅碳材料用于负极极片时，可以提高电池的容量、循环稳定性和首效。同时采用分阶段进行化学气相沉积，可以得到纳米硅分布均匀的硅碳材料。
11、在本专利技术的一些实施例，所述分阶段进行化学气相沉积包括：
12、将所述反应器温度调节至400℃-500℃，在所述混合气体中所述硅源气体流速为0.2l/min-1.5l/min下，总气速8l/min-15l/min，进行第一阶段化学气相沉积0.5h-2h；
13、将所述反应器温度调节至500℃-600℃，保持所述硅源气体流速为2l/min-6l/min，调节所述混合气体的流速为16l/min-24l/min下沉积30min-60min后调节所述混合气体的流速为25l/min-35l/min且维持3s-10s后，再将所述混合气体的流速调整为16l/min-24l/min，循环调整所述混合气体流速，进行第二阶段化学气相沉积总时间为4h-8h；
14、维持所述反应器温度，调整所述混合气体中硅源气流速至0.5l/min-1.8l/min，总气速15l/min-25l/min，进行第三阶段化学气相沉积1h-3h时间。
15、由此，采用该方法可以得到上述低bet比表面积的硅碳材料，即在多孔碳基材孔内沉积更多的纳米硅，不仅可以提高硅碳材料的比容量，而且可以有效缓解硅的体积效应，从而在将该硅碳材料用于负极极片时，可以提高电池的循环稳定性。同时采用分阶段进行化学气相沉积，可以得到纳米硅分布均匀的硅碳材料。
16、在本专利技术的一些实施例，所述多孔碳基材bet比表面积为1000m2/g-3000m2/g，孔容为0.5cm3/g-2cm3/g。
17、在本专利技术的一些实施例，所述多孔碳基材具有微孔和介孔结构，所述微孔的体积占比60％-85％。由此，微孔占比60％-85％，且有介孔的存在，此范围的微孔使得所述多孔碳基材表现为大的比表面积，而介孔的存在使得后续用于负极极片时，为电解液扩散提供更多的通道。
18、在本专利技术的一些实施例，所述多孔碳基材的粒径d50为3μm-12μm，优选5μm-8μm。
19、在本专利技术的一些实施例，所述硅源气体包括甲硅烷和含氯硅烷中的至少一种。由此，硅源气体的来源广泛，可以满足制备硅碳材料的多种设计。
20、在本专利技术的一些实施例，在进行所述第三阶段化学气相沉积后还包括：向所述反应器内通入包括有机碳源气和保护气体的混合气，以便在所述硅碳材料至少部分表面沉积碳。由此，通过在所述硅碳材料上沉积碳，可以降低硅碳材料的活性，从而提高其稳定性。
21、在本专利技术的一些实施例，在所述硅碳材料至少部分表面沉积碳的方法包括：将所述反应器内温度调整至600℃-650℃，通入包括有机碳源气和保护气体的混合气，控制所述混合气中所述有机碳源的流速3l/min-6l/min，所述混合气中所述有机碳源气体积占比为15％-50％，反应时间2h-4h。由此，通过在所述硅碳材料上沉积碳，可以降低硅碳材料的活性同时提高其导电性，从而提高材料稳定性及电化学性能。
22、在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种负极材料，所述负极材料上述的硅碳材料或采用上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅碳材料，其特征在于，包括多孔碳基材，所述多孔碳基材的孔内及表面沉积有纳米硅，所述硅碳材料的BET比表面积小于或等于5m2/g。
2.根据权利要求1所述的硅碳材料，其特征在于，基于所述硅碳材料的总质量，所述纳米硅的质量占比为30wt％-70wt％。
3.根据权利要求1或2所述的硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料的孔容不高于0.01cm3/g。
4.根据权利要求3所述的硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料的至少部分表面具有沉积碳。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述硅碳材料的方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分阶段进行化学气相沉积包括：
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述多孔碳基材满足以下条件中的至少之一：
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述硅源气体包括甲硅烷和含氯硅烷中的至少一种。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在进行所述第三阶段化学气相沉积后还包括：
10.根据权利要求9所述的方法
11.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括权利要求1-4中任一项所述的硅碳材料或采用权利要求5-10中任一项所述的方法得到的硅碳材料。
12.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括权利要求11所述的负极材料。
13.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求12所述的负极极片。
14.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括权利要求13所述的电池。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳材料，其特征在于，包括多孔碳基材，所述多孔碳基材的孔内及表面沉积有纳米硅，所述硅碳材料的bet比表面积小于或等于5m2/g。
2.根据权利要求1所述的硅碳材料，其特征在于，基于所述硅碳材料的总质量，所述纳米硅的质量占比为30wt％-70wt％。
3.根据权利要求1或2所述的硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料的孔容不高于0.01cm3/g。
4.根据权利要求3所述的硅碳材料，其特征在于，所述硅碳材料的至少部分表面具有沉积碳。
5.一种制备权利要求1-4中任一项所述硅碳材料的方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述分阶段进行化学气相沉积包括：
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述多孔碳基材满足以下条...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱琳琳，常家瑞，张洁，周环宇，程序，段豪杰，
申请(专利权)人：万华化学烟台电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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