一种硅碳复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种硅碳复合材料及其制备方法与应用，属于锂电储能技术领域。该材料具有典型的核壳三明治形貌，包括了碳纳米管芯层，硅内表层以及二氧化钛外表层。所述产品以芯层的碳纳米管有效提升整体材料的离子、电子电导率，使得产品可实现快速充放电的高倍率性能；同时通过碳纳米管以及二氧化钛层的内外包覆可有效缓解产品中活性硅在脱嵌锂过程中的体积效应，极大地改善产品的结构稳定性，最终应用在锂离子电池负极时不仅具有优异的放电比容量(～1200mAh/g)，同时充放电循环稳定性和循环寿命均显著提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂电储能，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

1、锂离子电池作为用于替代传统能源的代表性新型储能器件，如何提升其储电容量及能量密度一直是较为热门的技术问题，其中一个解决方案便是使用新型材料替换传统锂离子电池负极所使用的低理论容量、低能量密度的石墨碳等材料。

2、硅基材料由于具有较高的理论比容量(4200mah/g)及较低的嵌锂工作电位(0.2v)，理论上可以代替石墨碳材料应用在锂离子电池负极上，然而硅基负极材料存在较大的技术瓶颈难以克服：(1)硅基材料的本征导电性差，限制了锂离子的快速传输，无法实现较高的倍率性能；(2)在脱嵌锂过程中，当锂离子嵌入硅基材料中时，会造成整体材料的体积急剧膨胀(膨胀率近300％)，而锂离子脱出后又会使得整体材料复原，如此循环下，容易造成整体极片材料的粉化及脱落，充放电容量迅速衰减；(3)现有商业化的硅基材料多为非复合材料，形貌单一，大部分硅基复合材料基于现有合成工艺的限制难以达到分布及结构上的均匀统一性，在应用时难以保障性能。

技术实现思路...

【技术保护点】

1.一种硅碳复合材料，其特征在于，自内而外包括碳纳米管层、硅层以及二氧化钛层。

2.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述碳纳米管层、硅层及二氧化钛层的质量之比为(10～20)：(10～20)：1。

3.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述碳纳米管层中碳纳米管的平均长度为8～12um，平均直径为18～22nm。

4.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述硅层的厚度为10～40nm，二氧化钛层的厚度为3～5nm。

5.如权利要求1～4任一项所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：p>

6.如权利...

【技术特征摘要】

1.一种硅碳复合材料，其特征在于，自内而外包括碳纳米管层、硅层以及二氧化钛层。

2.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述碳纳米管层、硅层及二氧化钛层的质量之比为(10～20)：(10～20)：1。

3.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述碳纳米管层中碳纳米管的平均长度为8～12um，平均直径为18～22nm。

4.如权利要求1所述硅碳复合材料，其特征在于，所述硅层的厚度为10～40nm，二氧化钛层的厚度为3～5nm。

5.如权利要求1～4任一项所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅源为正硅酸乙酯，所述碳纳米管的质量与硅源的体积之比为(1.5～4)g：(3～7)ml。

【专利技术属性】
技术研发人员：沈超，
申请(专利权)人：华人运通山东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：