一种多孔碳材料、硅碳负极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种多孔碳材料、硅碳负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池在电动汽车、移动设备等领域得到了广泛应用。影响锂离子电池的电性能的关键因素之一是负极材料。现有的商用负极材料包括中间相碳微球和改性石墨，但存在理论储锂容量较低，易发生有机溶剂共嵌入等缺点。

2、在目前的储锂材料中，硅具有最高的理论容量（4200mah/g），但硅负极材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化导致电极活性材料的脱落、粉化，甚至导致电极结构的损坏，导致电池容量迅速衰减，严重制约了其工业化应用。现有技术中将硅和碳材料复合得到硅碳复合材料来缓解硅在充放电过程中的体积变化。但目前的硅碳负极材料的制备过程中硅的利用率较差，硅碳负极材料的电性能不理想。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种多孔碳材料，以解决现有技术中的硅碳负极材料的硅的利用率差、电性能不理想的技术问题；本发明的多孔碳具有适宜含量及种类的表面官能团，有利于提高硅碳材料中硅的利用率，提高硅碳材料的电性能。

2、本发明的另一个目的在于提供一种硅碳负极材料，其具有高电导率，高容量，高循环性能。

3、本发明的另一个目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，简单易行，得到的硅碳负极材料具有优异的电性能。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种多孔碳材料，所述多孔碳材料具有表面官能团，所述表面官能团包含碱性官能团、中性官能团和酸性官能团；所述表面官能团的含量为0.4~1mmol/g，所述碱性官能团的含量为0.2~0.5mmol/g，所述中性官能团的含量为0.2~0.4mmol/g，所述酸性官能团的含量小于0.2mmol/g 。

6、一些实施方式中，所述表面官能团的含量为0.4~0.7mmol/g，其中，所述碱性官能团的含量为0.2~0.5mmol/g，所述中性官能团的含量为0.2~0.4mmol/g，所述酸性官能团的含量小于0.1mmol/g。

7、一些实施方式中，所述碱性官能团包含羰基，所述中性官能团包含酚羟基，所述酸性官能团包含羟基和羧基。

8、一些实施方式中，所述多孔碳材料的电导率为2~5s/mm。

9、一些实施方式中，所述多孔碳材料的ph为6.8~8。

10、一些实施方式中，所述多孔碳材料的粒径dv50为3~10μm。

11、一些实施方式中，所述多孔碳材料的粒径dv99为10~25μm，所述多孔碳材料的粒径dn10为0.5~5μm。

12、一些实施方式中，所述多孔碳材料的比表面积为1000~2200m2/g。

13、一些实施方式中，所述多孔碳材料的孔容为0.6~1.2cm3/g。

14、一些实施方式中，所述多孔碳材料的微孔率为50%~100%。

15、一种硅碳负极材料，包括所述的多孔碳材料以及位于所述多孔碳材料的孔道中的纳米硅颗粒。

16、一些实施方式中，所述硅碳负极材料中，纳米硅颗粒的质量含量为5%~85%。

17、一些实施方式中，所述硅碳负极材料的粒径dv50为3~10μm，所述硅碳负极材料的粒径dv99为10~25μm，所述硅碳负极材料的粒径dn10为0.5~5μm。

18、一些实施方式中，所述硅碳负极材料的比表面积小于3m2/g。

19、一些实施方式中，所述硅碳负极材料的电导率为0.2~2s/mm。

20、一些实施方式中，所述硅碳负极材料的表面还包括包覆层；所述包覆层包含无定型碳、快离子导体和高分子聚合物中的至少一种。

21、所述的硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

22、将多孔碳材料在含有硅源的气氛下进行气相沉积，得到所述硅碳负极材料。

23、一些实施方式中，还包括：对所述硅碳负极材料进行包覆处理，以获得所述硅碳负极材料表面的包覆层，所述包覆层包含无定型碳、快离子导体和高分子聚合物中的至少一种。

24、一种电极，包括所述的硅碳负极材料。

25、一种锂离子电池，包括所述的电极。

26、一种用电设备，包括所述的锂离子电池。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、（1）本发明通过控制多孔碳材料的表面具有适宜含量及种类的官能团，进而保证多孔碳的高电导率、湿润性及稳定性。

29、（2）本发明的硅碳负极材料，多孔碳和纳米硅颗粒的配合，可保证其具有高电导率，高容量和高循环性能。

30、（3）本发明的硅碳负极材料的制备方法，采用特定的多孔碳材料，有利于多孔碳对含硅气体的吸附效果，可提高含硅气体的硅利用率，使最终得到的硅碳负极材料具有高电导率及适宜的湿润性，提高其容量，提高循其环性能。

31、（4）本发明的硅碳负极材料得到的锂离子电池具有优异的循环性能、倍率性能和安全性能。

技术特征：

1.一种多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料具有表面官能团，所述表面官能团包含碱性官能团、中性官能团和酸性官能团；

2.根据权利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于，包括以下特征（1）至（2）中的至少一种：

3.根据权利要求1~2中任一项所述的多孔碳材料，其特征在于，包括以下特征（1）至（7）中的至少一种：

4.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括权利要求1~3中任一项所述的多孔碳材料以及位于所述多孔碳材料的孔道中的纳米硅颗粒。

5.根据权利要求4所述的硅碳负极材料，其特征在于，包含以下特征（1）至（5）中的至少一种：

6.根据权利要求4或5所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，还包括：对所述硅碳负极材料进行包覆处理，以获得所述硅碳负极材料表面的包覆层，所述包覆层包含无定型碳、快离子导体和高分子聚合物中的至少一种。

8.一种电极，其特征在于，包括权利要求4或5所述的硅碳负极材料。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的电极。

10.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种多孔碳材料、硅碳负极材料及其制备方法和应用。一种多孔碳材料，所述多孔碳材料具有表面官能团，所述表面官能团包含碱性官能团、中性官能团和酸性官能团，所述表面官能团的含量为0.4~1mmol/g，所述碱性官能团的含量为0.2~0.5mmol/g，所述中性官能团的含量为0.2~0.4mmol/g，所述酸性官能团的含量小于0.2mmol/g。本发明多孔碳材料的表面具有适宜含量及种类的官能团，进而使多孔碳具有高电导率，适宜的湿润性，有利于提高硅碳负极材料的硅利用率，提高其循环性能和倍率性能。技术研发人员：李婷,史俊杰,顾华清,刘东任,刘芳,周勇岐受保护的技术使用者：溧阳紫宸新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4