本發(fā)明涉及電極材料的，尤其是涉及一種二次粒子硅碳材料及其制備方法、應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品、新能源汽車以及電動(dòng)飛行器的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于高能量密度電極材料的需求越來越迫切。硅材料具有高達(dá)4200ma·h/g的理論克容量，在室溫下合金化形成li15si4，其克容量可達(dá)到3579ma·h/g。因此，將硅材料應(yīng)用于電池負(fù)極，有利于大幅提高電池的能量密度。氣相硅碳中內(nèi)部的硅能以彌散狀態(tài)的小顆粒形態(tài)均勻分布在多孔碳內(nèi)部，電化學(xué)性能改善明顯，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2、然而，目前已有的氣相硅碳材料均是單顆粒結(jié)構(gòu)，單個(gè)顆粒充放電的膨脹收縮較大，同時(shí)鋰離子傳輸路徑較長(zhǎng)，繼續(xù)改善膨脹和倍率性能的潛力有限，限制了在終端產(chǎn)品中的應(yīng)用。

3、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種二次粒子硅碳材料，具有低膨脹高倍率的特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中硅碳負(fù)極材料存在能量密度低和循環(huán)性能差的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種二次粒子硅碳材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、高效，成功率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

3、本發(fā)明的目的之三在于提供一種二次粒子硅碳材料的應(yīng)用，能夠有效降低鋰離子二次電池的膨脹，有效提升其倍率性能，取得突出的應(yīng)用效果。

4、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

5、第一方面，一種二次粒子硅碳材料，包括多孔碳和分散于所述多孔碳上的納米硅；

6、所述多孔碳包括由二次粒子所形成的多孔碳；

7、所述二次粒子的d50粒徑為3μm~15μm；

8、所述二次粒子由類球形一次粒子融并而成；

9、所述一次粒子的粒徑為二次粒子粒徑的20%~50%。

10、進(jìn)一步的，所述一次粒子的平均球形度為0.6~1.0；

11、所述一次粒子的d50粒徑為0.6μm~7.5μm。

12、進(jìn)一步的，所述二次粒子硅碳材料的比表面積不高于?5m2/g。

13、進(jìn)一步的，所述二次粒子硅碳材料的電阻率為10mω·cm~1000mω·cm。

14、進(jìn)一步的，所述納米硅的晶粒尺寸在2nm以下。

15、第二方面，一種上述任一項(xiàng)所述的二次粒子硅碳材料的制備方法，包括以下步驟：

16、將二次粒子硬碳前驅(qū)體先進(jìn)行熱解碳化，再進(jìn)行活化處理，得到多孔碳，取所述多孔碳進(jìn)行納米硅沉積，得到所述二次粒子硅碳材料。

17、進(jìn)一步的，所述二次粒子硬碳前驅(qū)體的制備方法包括以下步驟：

18、將碳源進(jìn)行聚合反應(yīng)，先生成一次粒子，一次粒子之間再融并，得到所述二次粒子硬碳前驅(qū)體；

19、所述碳源包括葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖、蔗糖、麥芽糖、大米淀粉、綠豆淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、纖維素以及酚醛樹脂中的至少一種；

20、所述聚合反應(yīng)中采用的添加劑包括馬來酸酐、羥甲基纖維素、六偏磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化銨以及聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種；

21、所述添加劑的用量為碳源重量的0.01%~0.5%；

22、所述聚合反應(yīng)的溫度為150℃~350℃；

23、所述聚合反應(yīng)的壓力為2mpa~8mpa。

24、進(jìn)一步的，所述熱解碳化的溫度為800℃~1400℃，所述熱解碳化的時(shí)間為1h~12h；

25、所述活化處理的方法包括物理活化法和化學(xué)活化法中的至少一種；

26、所述物理活化法采用的氣體包括水蒸氣、空氣以及二氧化碳中的至少一種。

27、進(jìn)一步的，所述納米硅沉積的方式包括通過硅烷類化合物進(jìn)行熱解沉積；

28、所述熱解沉積的溫度為300℃~800℃，所述熱解沉積的時(shí)間為1h~12h；

29、所述納米硅沉積之后還包括將所得硅碳材料進(jìn)行包覆處理的步驟；

30、所述包覆處理包括碳包覆處理。

31、第三方面，一種上述任一項(xiàng)所述的二次粒子硅碳材料在鋰離子二次電池中的應(yīng)用。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

33、本發(fā)明提供的二次粒子硅碳材料，多孔碳由二次粒子所形成，二次粒子由類球形一次粒子融并而成，由于二次粒子中一次粒子的膨脹為各向同性，互相之間會(huì)限制膨脹，進(jìn)而體現(xiàn)表觀單個(gè)二次粒子的膨脹會(huì)有所降低，加之粒子間具有空隙，所以硅碳材料的整體膨脹會(huì)明顯減??；同時(shí)，由于二次粒子與電解液的接觸面積較大，鋰離子的傳輸路徑較短，所以能夠提升硅碳材料的倍率性能；此外，一次粒子的類球形顆粒形貌更有利于形成致密均勻的sei膜，從而更能夠提升硅碳材料的電化學(xué)性能；總之，在一次粒子、二次粒子及其特定粒徑的協(xié)同配合下，本發(fā)明硅碳材料有效降低了充電體積膨脹，同時(shí)提高了倍率性能，具有低膨脹高倍率的特點(diǎn)。

34、本發(fā)明提供的二次粒子硅碳材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、高效，成功率高，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

35、本發(fā)明提供的二次粒子硅碳材料的應(yīng)用，能夠有效降低鋰離子二次電池的膨脹，有效提升其倍率性能，取得突出的應(yīng)用效果。

技術(shù)特征：

1.一種二次粒子硅碳材料，其特征在于，包括多孔碳和分散于所述多孔碳上的納米硅；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次粒子硅碳材料，其特征在于，所述一次粒子的平均球形度為0.6~1.0；

3.?根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二次粒子硅碳材料，其特征在于，所述二次粒子硅碳材料的比表面積不高于?5m2/g。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次粒子硅碳材料，其特征在于，所述二次粒子硅碳材料的電阻率為10mω·cm~1000mω·cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次粒子硅碳材料，其特征在于，所述納米硅的晶粒尺寸在2nm以下。

6.一種權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的二次粒子硅碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次粒子硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述二次粒子硬碳前驅(qū)體的制備方法包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次粒子硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述熱解碳化的溫度為800℃~1400℃，所述熱解碳化的時(shí)間為1h~12h；

9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)所述的二次粒子硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述納米硅沉積的方式包括通過硅烷類化合物進(jìn)行熱解沉積；

10.一種權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的二次粒子硅碳材料在鋰離子二次電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種二次粒子硅碳材料及其制備方法、應(yīng)用，涉及電極材料的技術(shù)領(lǐng)域，該硅碳材料包括多孔碳和分散于該多孔碳上的納米硅；其中，多孔碳包括由二次粒子所形成的多孔碳，該二次粒子的D50粒徑為3μm~15μm；該二次粒子由類球形一次粒子融并而成，一次粒子的粒徑為二次粒子粒徑的20%~50%。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中硅碳負(fù)極材料存在能量密度低和循環(huán)性能差的技術(shù)問題，達(dá)到了充電體積膨脹低、首次可逆容量高、首次效率高，以及循環(huán)壽命長(zhǎng)的技術(shù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：梅海龍,胡亮,陳厚富,鄺群峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：贛州立探新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23