【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池电极材料，具体的，涉及一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、砂磨法硅碳材料是通过纳米硅（约100nm）与无定形碳混合制备出的硅碳材料，其满电膨胀大，造成循环性能差，仅在数码及其电动工具领域使用，无法满足电动汽车领域的使用。
2、近段时间出现的新型硅碳材料，以其膨胀低、比容量高等优点而受到人们的关注，具有纳米硅尺寸小（＜2nm），远低于硅氧材料中的硅晶粒尺寸（≈6nm），可以从根本上降低硅的膨胀。
3、目前，采用硅烷裂解法制备出的纳米硅虽然具有小的硅晶粒，并沉积在多孔碳中，但多孔碳的电子导电率差造成材料的倍率性能差；同时多孔碳自身的多孔结构虽然可以改善充放电过程中硅的膨胀，但效果并不理想。此外材料自身的电子导电率差，会降低快充性能，而且内核纳米硅容易外漏，造成纳米硅直接与电解液接触，导致产气及高温存储性能下降。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法及应用，解决了相关技术中的硅碳材料首次效率低、倍率性能差、循环性能差和内核纳米硅容易外漏的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将树脂、造孔剂、磷酸锂与溶剂于容器中混合，进行反应，得到磷酸锂掺杂多孔碳；
5、s2、向容器中通入硅烷气体，进行反应，得到磷锂掺杂硅碳复合材料；
6、s3、将磷锂掺杂硅碳复合材料表面沉
7、作为进一步的技术方案，所述s1中树脂、造孔剂与磷酸锂的质量比为100:1~5:5~10。
8、作为进一步的技术方案，所述s1中反应的温度为100~200℃、真空度为0.1~1mpa。
9、作为进一步的技术方案，所述s1中树脂包括聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二甲苯甲醛树脂、羧聚苯乙烯树脂、甲酸聚苯乙烯树脂、2-氯三苯甲基树脂中的一种或多种。
10、作为进一步的技术方案，所述s1中造孔剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
11、作为进一步的技术方案，所述s1中溶剂包括氯仿、二甲苯中的一种或两种。
12、作为进一步的技术方案，所述s2中硅烷为氯硅烷，反应的温度为500~800℃、时间为30~300min。
13、氯硅烷裂解生成氯掺杂纳米硅，提升材料的电子导电率，提高了硅碳材料的首次效率、倍率性能和循环性能。
14、作为进一步的技术方案，所述s3中氟化物包括六氟化硫、三氟化硼、五氟化磷、三氟化氮、四氟化碳中的一种或多种。
15、作为进一步的技术方案，所述s3中沉积采用等离子技术，具体为：将磷锂掺杂硅碳复合材料转移到等离子设备中，通入氟化物，得到高功率高首效硅碳复合材料。
16、作为进一步的技术方案，所述氟化物包括体积流量比为1:2~2:1的三氟化硼和三氟化氮。
17、本专利技术将氟化物限定为三氟化硼和三氟化氮，进一步提高了硅碳材料的首次效率、倍率性能和循环性能。
18、本专利技术采用等离子技术，通入氟化物，在磷锂掺杂硅碳复合材料的表面沉积氟及其它杂原子化合物，得到氟杂原子包覆磷锂掺杂硅碳复合材料，即为高功率高首效硅碳复合材料。
19、等离子技术沉积具有沉积厚度薄、致密度高、过程可控、导电率高及材料结构稳定性强等优点，提升材料的首次效率、倍率性能、高温存储及循环性能。
20、作为进一步的技术方案，所述s3中沉积，具体为：将磷锂掺杂硅碳复合材料安装在金属阴极弧等离子体源，抽真空至真空室的真空度为0.1×10-3~1×10-3pa，通过进气口向真空室内通入10~50sccm的氟化物，保持腔体内的的真空度为0.5~5pa；之后打开气体等离子体源功率调节至200~400w，将负高压脉冲源的脉冲电压设定为10~30kv，脉宽设定为100~400μs，频率设定为10~50hz，将高压靶台的自转速度设定为0.5~5r/min，沉积时间10~120s。
21、本专利技术还提出了一种高功率高首效硅碳复合材料，由所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法制备得到。
22、本专利技术还提出了一种高功率高首效硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。
23、本专利技术的工作原理及有益效果为：
24、本专利技术采用树脂、造孔剂制备出多孔碳材料，并在其内部掺杂磷酸锂降低材料的表面缺陷，提升材料的电子导电率，提高了硅碳材料的首次效率、倍率性能和循环性能；并通入硅烷气体，制备磷锂掺杂硅碳复合材料；最后在磷锂掺杂硅碳复合材料的最外层沉积氟化物，提升材料的包覆完整度，避免内核硅外漏与电解液接触，同时通过氟原子与碳形成-c-f-化学键提升材料的结构稳定性，提高硅碳材料的首次效率、倍率性能和循环性能。
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1.一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中树脂、造孔剂与磷酸锂的质量比为100:1~5:5~10。
3.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中反应的温度为100~200℃、真空度为0.1~1MPa。
4.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中树脂包括聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二甲苯甲醛树脂、羧聚苯乙烯树脂、甲酸聚苯乙烯树脂、2-氯三苯甲基树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中造孔剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S2中硅烷为氯硅烷，反应的温度为500~800℃、时间为30~300min。
7.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材
8.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述S3中沉积采用等离子技术，具体为：将磷锂掺杂硅碳复合材料转移到等离子设备中，通入氟化物，得到高功率高首效硅碳复合材料；
9.一种高功率高首效硅碳复合材料，其特征在于，由权利要求1~8任意一项所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的一种高功率高首效硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中树脂、造孔剂与磷酸锂的质量比为100:1~5:5~10。
3.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中反应的温度为100~200℃、真空度为0.1~1mpa。
4.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中树脂包括聚苯乙烯树脂、苯氧基树脂、二甲苯甲醛树脂、羧聚苯乙烯树脂、甲酸聚苯乙烯树脂、2-氯三苯甲基树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种高功率高首效硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述s1中造孔剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、碳酸钠、碳酸氢钠中的一种或多种。
【专利技术属性】
技术研发人员：宋志涛，陈佐川，宋凡，张玉灵，
申请(专利权)人：河北坤天新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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