快充硅碳复合材料的制备方法和锂离子电池与流程

本申请涉及锂离子电池材料领域，具体是涉及快充硅碳复合材料的制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、随着用户对锂离子电池能量密度及其快充性能需求的提高，要求锂离子电池所用的负极材料兼备能量密度高、快充性能好的优点。然而单一石墨负极材料虽然能做到优秀的快充性能和循环性能，但由于石墨本身的限制，能量密度相对较低。硅基材料虽然具有较高的能量密度，但其膨胀大，快充性能和循环性能都较差。因此，研究人员尝试将石墨和硅基材料复合，以制备性能更优秀的负极材料。

2、但目前常见的复合材料中通常存在硅晶粒过大、电子导电率较差等问题，无法很好满足用户的需求。

技术实现思路

1、本申请主要是提供快充硅碳复合材料的制备方法和锂离子电池，能使材料在具有较好能量密度的同时，提升其快充性能和循环性能。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种快充硅碳复合材料的制备方法，包括碳化第一混合物得到第二混合物，对第二混合物进行石墨化，得到多孔石墨，第一混合物包括焦类原料、造孔剂和第一催化剂；利用硅烷、第二催化剂在多孔石墨表面沉积纳米硅，得到第三混合物；在第三混合物表面生长碳纳米管，得到快充硅碳复合材料。

3、在一具体实施方式中，所述第一混合物还包括羧甲基纤维素锂；所述碳化第一混合物得到第二混合物，对所述第二混合物进行石墨化包括将所述焦类原料、所述造孔剂、所述第一催化剂以及所述羧甲基纤维素锂混合均匀得到所述第一混合物；将所述第一混合物加热至500～800℃碳化1～6小时得到第二混合物；以10～20mpa压块所述第二混合物，将压块后的所述第二混合物升至2800～3200℃石墨化24～72小时。

4、在一具体实施方式中，所述焦类原料、所述造孔剂、所述第一催化剂、所述羧甲基纤维素锂的质量比为100：1～5:1～5:1～5。

5、在一具体实施方式中，所述造孔剂包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸铝中的至少一种。

6、在一具体实施方式中，所述第一催化剂包括氯化镍、碳酸镍、硫酸镍、醋酸镍、醋酸钴、硝酸钴、氯化钴、醋酸铜、氯化铜、硫酸铜、碳酸铜、醋酸铁、氯化铁中的至少一种。

7、在一具体实施方式中，所述第二催化剂包括二茂铁、乙酰丙酮镍、乙酸亚钴、乙酰丙酮钴中的至少一种。

8、在一具体实施方式中，所述硅烷、所述第二催化剂、所述多孔石墨的质量比为10～30:1～5:100。

9、在一具体实施方式中，所述利用硅烷、第二催化剂在多孔石墨表面沉积纳米硅包括将所述硅烷、所述第二催化剂加入有机溶剂配置成0.5-5wt％的溶液，向溶液加入所述多孔石墨并分散均匀；加热至所述硅烷分解以在所述硅烷表面沉积纳米硅。

10、在一具体实施方式中，所述硅烷包括液态硅烷、二甲基硅烷、三氯乙基硅烷、甲基三甲氧硅烷、丙基三氯硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，所述有机溶剂包括苯、乙醚、甲醇、二甲苯、四氯化碳中的至少一种。

11、为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种锂离子电池，锂离子电池包括负极片，负极片包括利用上述制备方法制备的快充硅碳复合材料。

12、本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请实施方式提供了快充硅碳复合材料的制备方法和锂离子电池，加入造孔剂、催化剂对焦类原料进行处理得到多孔石墨，在多孔石墨表面沉积纳米硅，从而利用纳米硅比容量高、膨胀小的优点改善石墨在能量密度方面的不足；同时还在纳米硅外沉积碳纳米管，利用碳纳米管较高的电子导电率和比表面积提升材料的快充性能和循环性能。

技术特征：

1.一种快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一混合物还包括羧甲基纤维素锂；

3.根据权利要求2所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述焦类原料、所述造孔剂、所述第一催化剂、所述羧甲基纤维素锂的质量比为100:1～5:1～5:1～5。

4.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述造孔剂包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸铝中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一催化剂包括氯化镍、碳酸镍、硫酸镍、醋酸镍、醋酸钴、硝酸钴、氯化钴、醋酸铜、氯化铜、硫酸铜、碳酸铜、醋酸铁、氯化铁中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二催化剂包括二茂铁、乙酰丙酮镍、乙酸亚钴、乙酰丙酮钴中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷、所述第二催化剂、所述多孔石墨的质量比为10～30:1～5:100。

8.根据权利要求1所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述利用硅烷、第二催化剂在多孔石墨表面沉积纳米硅包括：

9.根据权利要求8所述的快充硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅烷包括液态硅烷、二甲基硅烷、三氯乙基硅烷、甲基三甲氧硅烷、丙基三氯硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，所述有机溶剂包括苯、乙醚、甲醇、二甲苯、四氯化碳中的至少一种。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括负极片，所述负极片包括利用权利要求1～9任一项所述的方法制备的快充硅碳复合材料。

技术总结本申请提供了快充硅碳复合材料的制备方法和锂离子电池，包括碳化第一混合物得到第二混合物，对第二混合物进行石墨化，得到多孔石墨，第一混合物包括焦类原料、造孔剂和第一催化剂；利用硅烷、第二催化剂在多孔石墨表面沉积纳米硅，得到第三混合物；在第三混合物表面生长碳纳米管，得到快充硅碳复合材料。相比于现有技术，本申请可在多孔石墨表面沉积纳米硅，利用纳米硅比容量高、膨胀小的优点改善石墨在能量密度方面的不足；还在纳米硅外沉积碳纳米管，利用碳纳米管较高的电子导电率和比表面积，从而使快充硅碳复合材料在具有较好能量密度的同时，提升其快充性能和循环性能。技术研发人员：梁金受保护的技术使用者：深圳市金牌新能源科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1