本發(fā)明涉及材料，具體的，涉及硅碳負(fù)極材料及其制備方法和電池。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)石墨的理論容量為372mah/g，目前產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)340～360mah/g，接近理論值，為提升鋰電池的能量密度，需開發(fā)更高比容量的負(fù)極材料。硅負(fù)極材料的理論比容量高達(dá)4200mah/g，是石墨負(fù)極的10倍左右，是目前已知比容量最高的鋰離子電池負(fù)極材料。但硅在完全鋰化時，其體積會發(fā)生超過300％的膨脹。巨大的體積變化會導(dǎo)致一系列負(fù)面影響，例如導(dǎo)致電池內(nèi)部應(yīng)力大，容易擠壓極片，造成硅負(fù)極材料產(chǎn)生裂紋直至粉化。為了緩解應(yīng)力，可改性制備硅碳負(fù)極材料，將納米硅分散在多孔碳材料上。

2、樹脂基多孔碳由于雜質(zhì)含量少、批次穩(wěn)定性高、工業(yè)化制備相對容易而備受關(guān)注，但常規(guī)樹脂基多孔碳又存在電阻率高的缺點，導(dǎo)致材料內(nèi)部電子和離子的傳輸受到更大阻礙，影響鋰電的比容量、首效和循環(huán)效率，宏觀表現(xiàn)為電池老化加速，顯著地出現(xiàn)電池續(xù)航能力不足的問題?；谏鲜鲭y題，開發(fā)一種既具有有高比表面積、豐富孔隙結(jié)構(gòu)，又具備低電阻率的樹脂基多孔碳是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種制備硅碳負(fù)極材料的方法，該方法可以有效制備得到比容量較高、電阻率較低的硅碳負(fù)極材料。

2、在本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種制備硅碳負(fù)極材料的方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，制備硅碳負(fù)極材料的方法包括：將熱塑性樹脂進(jìn)行第一碳化處理，得到樹脂碳；將所述樹脂碳與活化劑混合均勻，進(jìn)行活化造孔，得到樹脂基多孔碳；對所述樹脂基多孔碳進(jìn)行第二碳化處理，得到多孔碳前驅(qū)體；對所述多孔碳前驅(qū)體進(jìn)行氣相沉積硅，得到硅沉積多孔碳；在所述硅沉積多孔碳的表面形成碳包覆材料，得到所述硅碳負(fù)極材料。由此，通過上述制備方法，可以制備得到具有高比表面積、高孔容積和低電阻率的多孔碳前驅(qū)體，進(jìn)而有利于得到比容量較高、電阻率較低的硅碳負(fù)極材料。

3、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第二碳化處理為微波碳化。

4、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第二碳化處理的溫度為1300℃～1600℃，碳化時間為5min～20min。

5、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述多孔碳前驅(qū)體的電阻率為55mω·cm～225mω·cm。

6、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述第一碳化處理的溫度為500℃～700℃，時間為0.5～2h。

7、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述活化造孔滿足以下條件中的至少之一：所述樹脂碳與所述活化劑的質(zhì)量比為1：(2～4)；在惰性氛圍、650℃～800℃下處理1～2h。

8、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述樹脂基多孔碳的比表面積為1500m2/g～2600m2/g，孔容積為0.6cm3/g～1.4cm3/g。

9、根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述氣相沉積硅滿足以下條件中的至少之一：溫度為400℃～500℃，時間為5～8h；硅烷/氮氣混合氣體的流量為20l/min～35l/min；硅烷和氮氣的體積比例為1:(2～4)。

10、根據(jù)本發(fā)明的實施例，制備硅碳負(fù)極材料的方法還包括以下步驟至少之一：將所述多孔碳前驅(qū)體進(jìn)行破碎處理，得到粒徑為d50為2～12μm的所述多孔碳前驅(qū)體；所述活化造孔得到所述樹脂基多孔碳后，對所述樹脂基多孔碳進(jìn)行清洗處理。

11、在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種硅碳負(fù)極材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該硅碳負(fù)極材料是由前面所述的方法制備得到的。由此，該硅碳負(fù)極材料的比容量較高、電阻率較低。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，該硅碳負(fù)極材料具有前面所述的所有特征和優(yōu)點，在此不在過多的贅述。

12、在本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供了一種電池。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該電池包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括前面所述的硅碳負(fù)極材料。由此，該電池具有良好的比容量、較佳的首效和循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種制備硅碳負(fù)極材料的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二碳化處理為微波碳化。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二碳化處理的溫度為1300℃～1600℃，碳化時間為5min～20min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多孔碳前驅(qū)體的電阻率為55mω·cm～225mω·cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一碳化處理的溫度為500℃～700℃，時間為0.5～2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述活化造孔滿足以下條件中的至少之一：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述樹脂基多孔碳的比表面積為1500m2/g～2600m2/g，孔容積為0.6cm3/g～1.4cm3/g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氣相沉積硅滿足以下條件中的至少之一：

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟至少之一：

10.一種硅碳負(fù)極材料，其特征在于，是由權(quán)利要求1～9中任一項所述的方法制備得到的。

11.一種電池，其特征在于，包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括權(quán)利要求10所述的硅碳負(fù)極材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了硅碳負(fù)極材料及其制備方法和電池。制備硅碳負(fù)極材料的方法包括：將熱塑性樹脂進(jìn)行第一碳化處理，得到樹脂碳；將所述樹脂碳與活化劑混合均勻，進(jìn)行活化造孔，得到樹脂基多孔碳；對所述樹脂基多孔碳進(jìn)行第二碳化處理，得到多孔碳前驅(qū)體；對所述多孔碳前驅(qū)體進(jìn)行氣相沉積硅，得到硅沉積多孔碳；在所述硅沉積多孔碳的表面形成碳包覆材料，得到所述硅碳負(fù)極材料。由此，通過上述制備方法，可以制備得到具有高比表面積、高孔容積和低電阻率的多孔碳前驅(qū)體，進(jìn)而有利于得到比容量較高、電阻率較低的硅碳負(fù)極材料。

技術(shù)研發(fā)人員：郭思溪,李憲文,李亞,陳冬,馮向陽,姚倩楠,廖群超,江宏富
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇鑫華半導(dǎo)體科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15