【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硅碳负极材料、制备方法、应用、电池。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种高效、环保的储能设备，在电动汽车、移动设备等领域得到了广泛应用。在锂离子电池中，负极材料是影响电池性能的关键因素之一。氧化亚硅作为一种新型的负极材料，具有高容量、良好的电化学性能和稳定性，被认为是下一代锂离子电池的理想负极材料。然而，氧化亚硅负极材料在充放电过程中存在严重的体积效应，导致电池的循环稳定性和倍率性能下降。因此，对其进行表面改性是一种常见的改进措施。
2、cn116995202a公开了一种非金属元素掺杂碳包覆硅氧复合负极材料的制备方法，采用羧甲基纤维素钠和硫脲通过有机交联反应在硅氧化物的表面形成紧密的交联结构，热处理后形成分布均匀且稳定性好的氮、硫元素掺杂的碳包覆层，能够防止硅氧化物易发生大的体积膨胀。但是通过有机聚合物交联形成的结构在siox表面的均匀性和覆盖度可能受到限制，并且在生产过程中需要使用大量的有机聚合物，这可能会增加成本和环境负担。
3、氧化亚硅负极碳包覆能够提升其容量和首效，现阶段主流包覆气源为甲烷或乙炔，甲烷包覆能够很好的改善锂离子脱嵌性能；但甲烷裂解需要较高温度，温度过高又会对材料性能有恶化的影响及设备最高使用温度的限制，导致甲烷利用率较低。乙炔包覆裂解温度较低，但乙炔所裂解的碳层结构较为致密，限制了锂离子的脱嵌过程，导致循环性能较差。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服了现有技术中硅碳负极材料的电化学性能较差的缺陷，而
2、本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题。
3、本专利技术提供了一种硅碳负极材料的制备方法，其包括下述步骤：将硅源进行甲烷气相碳包覆，可得所述硅碳负极材料；
4、其中，所述甲烷气相碳包覆时，体系的真空度为300-5000pa；所述硅源和所述甲烷的质量体积比为1kg：(10-150)l。
5、本专利技术中，所述硅源可为本领域常规的含有硅的颗粒材料，例如硅和/或氧化亚硅。
6、本专利技术中，所述硅源的d50粒径可为3-10μm，例如5μm。
7、本专利技术中，甲烷气相碳包覆的设备可为回转炉。较佳地，在进行所述甲烷气相碳包覆之前，一般先将所述硅源至于回转炉中，进行气体置换。所述气体置换时的气体较佳地为氮气。所述氮气的气体流量可为3-10l/min，例如5l/min。所述氮气的通入时间可为1-3h。所述气体置换的终点可为回转炉中氧含量低于300ppm。
8、本专利技术中，所述甲烷气相碳包覆时，体系的真空度表示系统绝对压强实际数值低于大气压强的数值，即为真空度＝大气压强-绝对压强。所述大气压强表示标准大气压，即在0℃时为101.325kpa。
9、本专利技术中，所述甲烷气相碳包覆时，体系的真空度为较佳地为500-3000pa，例如800pa、1000pa或2000pa。
10、本专利技术中，专利技术人在研发过程中发现，低压气相(真空度为300-5000pa)沉积下，不仅可以使得甲烷获得较佳的裂解率，还有助于提高碳包覆层的纯度。
11、本专利技术中，所述甲烷气相碳包覆时，体系的温度可为500-1200℃，较佳地为600-1000℃，例如800或900℃。所述体系的温度表示在甲烷气相碳包覆时，体系的温度一直保持在上述范围内。
12、本专利技术中，所述甲烷气相碳包覆的时间可为2-8h，较佳地为3-6h，例如5h。
13、本专利技术中，所述甲烷的气体流量可为0.5-2l/min，较佳地为0.7-1.5l/min，例如1l/min。
14、本专利技术中，所述甲烷气相碳包覆时一般还通入载气。所述载气的目的在于保持体系的真空度不变。所述载气可为氮气。所述载气的气体流量可为0.1-1l/min，较佳地为0.3-0.8l/min。
15、本专利技术中，所述硅源和所述甲烷的质量体积比较佳地为1kg：(30-120)l，例如1kg：60l。
16、本专利技术中，较佳地，在将所述硅源进行甲烷气相碳包覆之前，还进行硼的沉积，例如包括下述步骤：将硅源依次进行硼源气相沉积和甲烷气相碳包覆。
17、其中，所述硼源可为本领域常规的含硼气体。所述硼源的种类较佳地为乙硼烷(b2h4)、丁硼烷(b4h10)和六硼化物(b6h10)中的一种或多种，例如乙硼烷(b2h4)。
18、其中，所述硼源气相沉积时，体系的真空度表示系统绝对压强实际数值低于大气压强的数值，即为真空度＝大气压强-绝对压强。所述大气压强表示标准大气压，即在0℃时为101.325kpa。
19、其中，所述硼源气相沉积时，体系的真空度较佳地为300-5000pa，更佳地为500-3000pa，例如800pa、1000pa或2000pa。
20、其中，专利技术人在研发过程中发现，低压气相(真空度为300-5000pa)沉积下，硼烷可以获得较佳的裂解率。
21、其中，所述硼源气相沉积时，体系的温度较佳地为300-900℃，例如600或800℃。所述体系的温度表示在甲烷气相碳包覆时，体系的温度一直保持在上述范围内。
22、其中，专利技术人在研发过程中发现，当在300-900℃下通入硼源时，形成的硼沉积层可为无定形硼结构，且无定形硼结构有利于甲烷在硼沉积层表面的沉积。
23、其中，所述硼源气相沉积的时间较佳地为1-5h，例如2或3h。
24、其中，所述硼源通入的气体流量较佳地为1-8l/min，更佳地为2-6l/min，例如3l/min或5l/min。
25、其中，所述硼源通入时一般还通入载气。所述载气的目的在于保持体系的真空度不变。所述载气可为氮气。所述载气的气体流量可为0.1-1l/min，较佳地为0.3-0.8l/min。
26、其中，所述硅源和所述硼源的质量体积比较佳地为1kg：(12-480)l，更佳地为1kg：(20-144)l，例如1kg：24l、1kg：72l或1kg：120l。
27、本专利技术还提供了一种硅碳负极材料，其采用如前所述的制备方法制得。
28、本专利技术还提供了一种硅碳负极材料，其包括硅源和包覆在所述硅源表面的碳沉积层；所述碳沉积层为碳无序鳞片状刺突结构；
29、其中，所述硅碳负极材料中，碳含量为1％-5％。
30、本专利技术中，所述碳无序鳞片状刺突结构是指甲烷裂解后所形成的结构，其示意图如图1所示。
31、本专利技术中，所述硅碳负极材料中，碳含量较佳地为1.5％-4％，例如1.75％、3.01％、3.26％、3.32％、3.55％、3.75％、3.76％或3.87％。
32、本专利技术中，所述硅碳负极材本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将硅源进行甲烷气相碳包覆，可得所述硅碳负极材料；
2.如权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
3.如权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在将所述硅源进行甲烷气相碳包覆之前，还进行硼的沉积；较佳地包括下述步骤：将硅源依次进行硼源气相沉积和甲烷气相碳包覆。
4.如权利要求3所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
5.一种硅碳负极材料，其特征在于，其采用如权利要求1-4中任一项所述的制备方法制得。
6.一种硅碳负极材料，其特征在于，其包括硅源和包覆在所述硅源表面的碳沉积层；所述碳沉积层为碳无序鳞片状刺突结构；
7.如权利要求6所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料满足下述条件中的一种或多种：
8.如权利要求6所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料还含有硼沉积层；所述硼沉积层较佳地为无
9.一种如权利要求5-8中任一项所述的硅碳负极材料在电池中的应用。
10.一种电池，其特征在于，其包括如权利要求5-8中任一项所述的硅碳负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将硅源进行甲烷气相碳包覆，可得所述硅碳负极材料；
2.如权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
3.如权利要求1所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，在将所述硅源进行甲烷气相碳包覆之前，还进行硼的沉积；较佳地包括下述步骤：将硅源依次进行硼源气相沉积和甲烷气相碳包覆。
4.如权利要求3所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅碳负极材料的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
5.一种硅碳负极材料，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈真，吴玉虎，李宇飞，丁晓阳，
申请(专利权)人：宁波杉杉硅基材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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