[发明专利]一种硅碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于负极材料技术领域，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：将气态硅源通入可溶性树脂溶液中，经热分解反应，得到树脂包覆纳米硅；将所述树脂包覆纳米硅依次进行烧结和碳包覆，得到所述硅碳复合材料。本发明提供的方法制备得到的硅碳复合材料能够降低在充放电过程中的体积膨胀效应，提高硅碳复合材料的比容量和循环稳定性能。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，具体涉及一种硅碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

可充电电池主要包括正极、电解液和负极，主要依靠金属离子在正极和负极之间移动来工作。负极材料是可充电电池重要的组成部分，直接影响电池的电化学性能，优异的负极材料能够提高电池的可逆容量、倍率性能以及循环性能。

目前，负极材料主要为石墨，其理论比容量仅为372mAh/g，容量较低；与之相比，硅基材料具备极高的理论比容量，硅的理论比容量为4200mAh/g。然而，硅基材料在充放电过程中会发生巨大的体积变化，导致其粉化，进而影响电池的循环稳定性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅碳复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的硅碳复合材料作为负极材料，能够提高电池的循环稳定性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种硅碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将气态硅源通入可溶性树脂溶液中，经热分解反应，得到树脂包覆纳米硅；

将所述树脂包覆纳米硅依次进行烧结和碳包覆，得到所述硅碳复合材料。

优选的，所述气态硅源包括甲硅烷；

所述可溶性树脂溶液中的可溶性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、糠醇树脂和聚氨酯中的一种或几种。

优选的，所述可溶性树脂溶液中的可溶性树脂的质量浓度为20～60％；

所述可溶性树脂溶液的体积和所述气态硅源的流量比为0.1～100L：0.1～10L/min。

优选的，所述热分解反应的温度为400～600℃，压力为5～20MPa，时间为8～24h。

优选的，所述烧结的温度为400～800℃，保温时间为2～10h；

所述烧结在保护气氛中进行。

优选的，所述碳包覆包括以下步骤：

将所述烧结得到的硅碳材料在气态碳源下进行加热处理。

优选的，所述气态碳源包括气态烷烃和/或气态烯烃；

所述加热处理的温度为400～800℃，保温时间为0.5～3h。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的硅碳复合材料，包括纳米硅、树脂硬碳和无定型碳；

所述纳米硅嵌入所述树脂硬碳中；

所述无定型碳包覆在所述树脂硬碳的表面。

优选的，所述硅碳复合材料中纳米硅的质量百分含量为30～70％；

所述树脂硬碳和无定型碳的质量比为2～10：1。

本发明还提供了上述技术方案所述的硅碳复合材料作为充电电池负极材料的应用。