[发明专利]一种低膨胀硅碳材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种低膨胀硅碳材料及其制备方法。一种低膨胀硅碳材料，具有多孔核壳结构，内核为石墨烯/金属掺杂无定型碳包覆纳米硅，外壳为硼掺杂无定型碳，其制备方法，包括以下步骤：先将硅氧化合物、氧化石墨烯溶液、有机金属聚合物加入有机碳源溶液中，喷雾干燥，反应得到氧化石墨烯包覆掺杂金属的硅氧前驱体材料；再向氧化石墨烯包覆掺杂金属的硅氧前驱体材料通入硼源气体和氩气的混合气体，反应得到硼掺杂硅碳复合材料；将硼掺杂硅碳复合材料材料在氢氟酸溶液中浸泡，干燥后得到低膨胀硅碳材料。通过上述技术方案，解决了相关技术中硅碳材料膨胀高、倍率性能差的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，具体的，涉及一种低膨胀硅碳材料及其制备方法。

背景技术

硅碳材料以其能量密度高、材料来源广泛等优点而应用于高能量密度锂离子电池等领域，但是由于硅碳材料的膨胀较高，造成其循环性能较差并带来高温性能下降。降低硅碳材料膨胀的措施有很多，如采用纳米硅、制备出多孔结构硅碳、降低硅晶粒的尺寸及其包覆碳等措施，但是降低膨胀后会带来其它问题，如比表面积过大，高温存储较差、加工过程容易团聚降低加工性能等。申请号202111117673.1的发明专利申请公开了一种多孔硅碳负极材料及其制备方法，该负极材料具有“硅碳复合物内核+孔隙+无定形碳包覆层”的结构，制备出的材料，相比于现有技术，降低膨胀，提升首次库伦效率高达和放电比容量，但是由于制备过程的孔隙结构难以控制，且材料的倍率性能并未改善，因此所得多孔硅碳材料的倍率性能偏差及其膨胀性能改善幅度不明显。

发明内容

本发明提出一种低膨胀硅碳材料及其制备方法，解决了相关技术中硅碳材料膨胀高、倍率性能差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种低膨胀硅碳材料，具有多孔核壳结构，内核为石墨烯/金属掺杂无定型碳包覆纳米硅，外壳为硼掺杂无定型碳。

作为进一步的技术方案，所述外壳的质量为所述低膨胀硅碳材料质量的1-10％。

本发明还提出了一种低膨胀硅碳材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硅氧化合物、氧化石墨烯溶液、有机金属聚合物加入有机碳源溶液中，喷雾干燥，然后在100-200℃、1-5Mpa下反应1-6h，得到氧化石墨烯包覆掺杂金属的硅氧前驱体材料；

S2、向氧化石墨烯包覆掺杂金属的硅氧前驱体材料通入硼源气体和氩气的混合气体，反应得到硼掺杂硅碳复合材料；

S3、将硼掺杂硅碳复合材料材料在氢氟酸溶液中浸泡，干燥后得到低膨胀硅碳材料。

作为进一步的技术方案，所述所述氧化石墨烯溶液的质量浓度为1-5％。

作为进一步的技术方案，所述有机碳源溶液的质量浓度为10-30％。

作为进一步的技术方案，所述有机碳源溶液中，有机碳源为沥青、酚醛树脂、蔗糖、糠醛树脂、聚乙二醇中的一种或几种，溶剂为正己烷、二甲苯、四氯化碳、二硫化碳中的一种或几种。

作为进一步的技术方案，所述有机金属聚合物为二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代磷酸铜、二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫代磷酸铈中的一种或几种。

作为进一步的技术方案，所述混合气体中，硼源气体和氩气的体积比为1-5:10。

作为进一步的技术方案，所述硼源气体为乙硼烷、丁硼烷、三氟化硼中的一种。

本发明还提出了一种负极，包括上述低膨胀硅碳材料或上述制备方法得到的低膨胀硅碳材料。

本发明的工作原理及有益效果为：