【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及电池材料，例如一种硅碳负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、硅作为锂离子电池的负极材料，其理论比容量可达到4000mah/g，是目前已知的比容量最高的锂离子电池负极材料，因此受到研究者们的广泛关注。但是由于其自身巨大的体积膨胀效应，硅电极材料极容易膨胀后粉化，从而从负极集流体上脱落，使得负极活性物质与集流体之间失去电连接，针对硅材料的这一缺陷人们进行了大量的研究，以解决上述问题。
2、最常见的方式便是将硅材料与碳材料复合制备硅碳负极材料，利用碳材料的包覆来抑制硅材料的体积膨胀并改善其导电性能，但这一方式难以有效提高材料的循环性能和倍率性能。
3、此外，cn109216693a公开了一种锂离子电池硅碳负极材料的制备方法，其利用纳米si及cnts在mof-5上原位生长并经过高温炭化后获得硅碳复合材料，由于纳米si被炭化层均匀包覆因此能够抑制si的膨胀；此外在负极材料中加入cnts，可以充当导电网络结构，极大提高硅碳负极的电子电导率，从而提高硅碳负极充放电循环首效和倍率性。
4、上述方法虽然能够在一定程度上抑制硅基负极材料的膨胀来改善其电化学性能，但是mof材料普遍稳定性较差，长时间的高温处理会使其结构坍塌，使得抑制纳米硅膨胀的保护层发生破坏，影响材料电化学性能。
技术实现思路
1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
2、本申请提供一种硅碳负极材料及其制备方法和应用，本申请所述方法制得
3、第一方面，本申请提供了一种硅碳负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将硅源、碳源和粘结剂与溶剂混合，喷雾干燥得到硅碳复合颗粒；
5、(2)将1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(tapb)、对苯二甲醛(pda)和均苯三甲醛(btca)预聚合后，与步骤(1)得到的硅碳复合颗粒混合，反应得到前驱体；
6、(3)对所述前驱体进行高温碳化处理，得到所述硅碳负极材料。
7、本申请采用1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(tapb)、对苯二甲醛(pda)和均苯三甲醛(btca)为原料聚合成cof笼，所述cof笼可以具有较高的热稳定性，能稳定存在于锂离子电解液环境中，且所生成的cof的孔隙结构提供了较大的表面积，有利于电解液和锂离子向硅碳内核的扩散，提高了材料的首次效率和倍率性能。所述cof笼能够将单质硅置于“牢笼”中，提供足够的单质硅体积效应的缓冲空间，所得的si/c@cof负极材料整体的体积在充放电过程中基本不变，因此能够在充分利用硅负极比容量的同时又保证材料的循环稳定性。
8、在一个实施方式中，步骤(1)所述硅源包括纳米硅颗粒。
9、在一个实施方式中，所述硅源的中值粒径d50为100～500nm，例如：100nm、200nm、300nm、400nm或500nm等。
10、在一个实施方式中，所述碳源包括有机碳源、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
11、在一个实施方式中，所述粘结剂包括三聚氰胺甲醛树脂、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。
12、在一个实施方式中，所述溶剂包括水、甲醇或乙醇中的任意一种或至少两种的组合。
13、在一个实施方式中，步骤(1)所述硅源、碳源和粘结剂的质量比为50:(4～6):(0.8～1.5)，例如：50:4:0.8、50:5:1、50:4:0.9、50:6:0.8或50:6:1.5等。
14、在一个实施方式中，所述喷雾干燥的温度为100～200℃，例如：100℃、120℃、150℃、180℃或200℃等。
15、在一个实施方式中，所述硅碳复合颗粒的中值粒径d50为0.5～1.5μm，例如：0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm或1.5μm等。
16、在一个实施方式中，步骤(2)所述预聚合包括将1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、对苯二甲醛和均苯三甲醛在苯胺和苯甲醛的混合溶液中搅拌。
17、在一个实施方式中，所述搅拌的时间为3～5min，例如：3min、3.5min、4min、4.5min或5min等。
18、在一个实施方式中，所述预聚合的过程中，体系内1,3,5-三(4-氨基苯基)苯的氨基的浓度为20～40mmol/l。
19、在一个实施方式中，所述预聚合的过程中，体系内对苯二甲醛和均苯三甲醛中醛基的总浓度为20～40mmol/l。
20、在一个实施方式中，所述预聚合的过程中，体系内苯胺中氨基和苯甲醛中醛基的总浓度为100～150mmol/l。
21、在一个实施方式中，所述对苯二甲醛和均苯三甲醛的摩尔比为(1～3):2，例如：1:2、1.5:2、2:2、2.5:2或3:2等。
22、在一个实施方式中，步骤(2)所述硅碳复合颗粒和预聚合得到反应物的固液比为0.01～0.05g/ml，例如：0.01g/ml、0.02g/ml、0.03g/ml、0.04g/ml或0.05g/ml等。
23、在一个实施方式中，所述混合的过程中进行搅拌。
24、在一个实施方式中，所述搅拌的速度为100～1500rpm，例如：100rpm、500rpm、1000rpm、1200rpm或1500rpm等。
25、在一个实施方式中，步骤(2)所述反应的温度为20～40℃，例如：20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等。
26、在一个实施方式中，所述反应的时间为30～80h，例如：30h、40h、50h、60h或80h等。
27、在一个实施方式中，所述前驱体包括包覆层。
28、在一个实施方式中，所述包覆层的厚度为10～100nm，例如：10nm、20nm、50nm、80nm或100nm等。
29、在一个实施方式中，步骤(3)所述高温碳化处理的温度为650～800℃，例如：650℃、680℃、700℃、750℃或800℃等。
30、在一个实施方式中，所述高温碳化处理的时间为0.5～1h，例如：0.5h、0.6h、0.8h、0.9h或1h等。
31、本申请通过简单的高温碳化部分cof笼，能够进一步提高负极材料导电性，且cof材料热稳定性好，短时的热处理不会使其结构坍塌。此外，所合成的cof材料表面存在丰富的氨基，能够增加材料的电子密度，提高材料导电性，此外，还能够提供一定的嵌锂位点，提高材料放电容量。
32、第二方面，本申请提供了一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料通过如第一方面所述方法制得。
33、第三方面，本申请提供了一种负极极片，所述负极极片包含如第二方面所述的硅碳负极材料。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，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述硅源包括纳米硅颗粒。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述硅源的中值粒径D50为100～500nm。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，所述碳源包括有机碳源、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述粘结剂包括三聚氰胺甲醛树脂、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水、甲醇或乙醇中的任意一种至少两种的组合。
7.如权利要求1-6所述的制备方法，其中，步骤(1)所述硅源、碳源和粘结剂的质量比为50:(4～6):(0.8～1.5)；
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述预聚合包括将1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、对苯二甲醛和均苯三甲醛在苯胺和苯甲醛的混合溶液中搅拌；
9.如权利要求1
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其中，步骤(2)所述反应的温度为20～40℃；
11.如权利要求1-10任一项所述的制备方法，其中，所述前驱体包括包覆层；
12.如权利要求1-11任一项所述的制备方法，其中，步骤(3)所述高温碳化处理的温度为650～800℃；
13.一种硅碳负极材料，其中，所述硅碳负极材料通过如权利要求1-12任一项所述方法制得。
14.一种负极极片，其中，所述负极极片包含如权利要求13所述的硅碳负极材料。
15.一种锂离子电池，其中，所述锂离子电池包含如权利要求14所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种硅碳负极材料的制备方法，其包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(1)所述硅源包括纳米硅颗粒。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述硅源的中值粒径d50为100～500nm。
4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其中，所述碳源包括有机碳源、碳纳米管、碳纳米纤维或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合。
5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其中，所述粘结剂包括三聚氰胺甲醛树脂、羧甲基纤维素、聚氧化乙烯或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。
6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其中，所述溶剂包括水、甲醇或乙醇中的任意一种至少两种的组合。
7.如权利要求1-6所述的制备方法，其中，步骤(1)所述硅源、碳源和粘结剂的质量比为50:(4～6):(0.8～1.5)；
8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，吴芷菁，李爱霞，谢英豪，李长东，
申请(专利权)人：广东邦普循环科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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