[发明专利]一种石榴结构微球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种石榴结构微球及其制备方法和应用。该方法包括步骤：1)制备至少由低残碳有机物与负极材料粉体组成的均质浆料；2)将均质浆料造粒，得到第一球形混合物；3)制备至少由高含碳量的热固性有机物和所述第一球形混合物组成的均匀料浆；4)将所述均匀浆料造粒，得到第二球形混合物；5)将步骤4)得到的所述第二球形混合物在保护气氛下进行高温碳化处理，即得所述的石榴结构微球。低残碳有机物和高含碳量的热固性有机物在高温处理后残碳量大小不同，可分别制造微球的内部多孔碳层及外层碳壳，因而可一次煅烧后即可得到最终产物。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种石榴结构微球及其制备方法和应用。

背景技术

硅是一种重要的基础材料，由于其独特的理化性质而被广泛的应用于光学、电子学、生物催化及锂离子电池等领域。当前主流的商业化锂离子电池负极材料是主要是石墨，其实际容量已经接近理论值(372mAh/g)，随着社会的发展，寻求下一代先进的负极材料代替石墨负极已迫在眉睫。而硅有着目前最高的理论容量(4212mAh/g)和较低的电位平台(～0.4V vs.Li/Li⁺)，稳定的化学性质以及丰富的含量、安全无毒等优势，被认为是下一代负极材料中最有可能大规模商业化的材料之一。但是硅在充放电过程中会产生巨大的体积膨胀，导致材料的粉化与电极的破坏，使得电池性能大幅下降。因此，解决硅负极材料在充放电过程中的结构不稳定问题仍是目前研究的首要任务。

针对硅基负极材料的结构设计是近年以来的研究热点，合理的结构设计能够有效的避免硅基负极材料所面临的大部分难题，如通过将硅包覆起来便可抑制其体积膨胀；同时采用如碳纳米管、石墨烯等导电性强的材料包覆还能大大的提高硅负极材料的导电性，提升其电化学性能。基于此，许多研究者已经开发出一系列的诸如核壳结构、蛋黄-蛋壳结和石榴结构等结构设计，都能够有效改善硅负极材料的性能。这些结构的制备通常是首先将核材料包覆上一层或多层壳，然后通过溶解等方式来选择性地去除核或中间的壳层，其中多数用强酸和强碱刻蚀(如CN201711015729、201710751367)，工艺复杂且危害环境。此外，现有这些方法制备过程复杂、流程周期冗长、难以规模制备等问题，使其只能存在于对新材料的实验室研究阶段，难以大规模商业化应用。因此，寻求一种工艺简单且低成本规模化的制备方法，无疑具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种石榴结构微球及其制备方法和应用。该制备方法无腐蚀、简单、廉价、环保、可大规模实施。

本发明所提供的技术方案如下：

一种石榴结构微球的制备方法，包括以下步骤：

1)制备至少由低残碳有机物与负极材料粉体组成的均质浆料；

2)将步骤1)得到的所述均质浆料造粒，得到负极材料粉体与低残碳有机物的第一球形混合物；

3)制备至少由高含碳量的热固性有机物和步骤2)得到的所述第一球形混合物组成的均匀料浆；

4)将步骤3)得到的所述均匀浆料造粒，得到负极材料粉体、低残碳有机物和高含碳量有机物的第二球形混合物；

5)将步骤4)得到的所述第二球形混合物在保护气氛下进行高温碳化处理，即得所述的石榴结构微球；

其中，步骤3)的均匀料浆所用的溶剂不溶解步骤2)得到的所述第一球形混合物。

上述技术方案中：

1)低残碳有机物和高含碳量的热固性有机物在高温处理后残碳量大小不同，可分别制造微球的内部多孔碳层及外层碳壳，因而可一次煅烧后即可得到最终产物；

2)可采用工业生产中的常用喷雾造粒方法，该方法可将浆料直接干燥成粉末或颗粒状产物，得到的颗粒产物大小均匀、分散性较好；而且喷雾干燥可连续进料、自动干燥、连续排料，其操作的连续性可满足工业上规模化生产的要求；