CN115172723A - 一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺 - Google Patents

一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺。其技术方案是：硅碳复合材料具有三元复合结构，包括多孔石墨、均匀分布多孔石墨内的非晶纳米硅颗粒以及包覆于外表面的无定形碳层；其制备工艺包括以下：（1）膨胀石墨置于反应炉内，惰性气体氛围下在一定温度下持续若干时间充分膨胀后，经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料；（2）将得到的多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取适当硅源，利用微波化学气相沉积法在石墨内部和表面填充、沉积纳米硅颗粒；（3）选取适当碳源，利用化学气相沉积法，（2）得到的初步硅碳复合材料外表面包覆无定形碳层。本发明提到的工艺反应条件温和，工艺流程简单，且能耗低，效率高，适合工业化生产。

Description

一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺。
背景技术
伴随着人类文明的进步，社会的发展，支撑现代文明的传统化石能源出现了一系列复杂，且影响深远的全球性问题，如：能源枯竭、环境污染、温室效应等等，人类迫切的需要绿色环保的新能源逐步替代传统的化石能源。在全世界范围内，各个国家都把新能源的开发研究提升到国家战略高度。锂离子电池作为一种性能优异的储能装置，具有能量密度高、能量转化效率高的特点，引起广泛的关注，已经在便携式消费电子、医疗电子、电动工具等各个领域获得了广泛应用。同时，在纯电动汽车、混合动力汽车以及储能等领域也显示了良好的应用前景。但是，近年来各个领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。
在这种背景下，硅基负极材料因其较高的理论比容量（高温4200mA·h/g，室温3580mA·h/g）、低的脱锂电位、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的新一代高能量密度锂离子电池负极材料。但硅用作负极材料在使用过程中具有导电性差、体积膨胀造成颗粒粉化与脱落、SEI膜的反复破裂与生成的缺陷。为克服这些缺陷，研究人员进行了大量的尝试和探索，目前普遍采用复合化技术把硅和碳的优异性能结合起来制备硅碳复合材料。但目前的技术和制备工艺还存在不足，制备的硅碳复合材料性能还有待提高，以满足更宽广领域的应用。
中国专利文献号为CN113054179B，专利名称为《一种双粒径沥青多次包覆整形石墨硅碳负极材料及其制备方法和应用》，在石墨表面沉积纳米硅，然后与沥青混合高温热解包覆碳层。在该发明制备工艺中，由于石墨不具有多孔结构，沉积的硅有限（0.5-10wt%），电池容量提升有限；而且硅颗粒包覆在石墨表面，在连续的充放电过程中容易团聚和脱落，循环性能不佳，使用寿命有限。
中国专利文献号为CN108054351B，专利名称为《一种锂离子电池、所用的硅碳负极材料及其制备方法》，直接将含有纳米硅粉或纳米氧化亚硅粉的浆料与微米级石墨粉料、煤焦油软沥青混捏混合、焦化、粉碎，再进行表面化学气相沉积处理后制备硅碳复合材料。该制备工艺直接采用纳米级别硅粉作为原料，存在纯度不高，使用过程中由于粒度细而容易氧化，影响后续电池性能，甚至存在氧化发热而带来隐患的可能性，并且工艺路线繁琐，工业化存在一定难度。
中国专利文献号为CN105932245B，专利名称为《一种高压实密度硅碳负极材料及其制备方法和应用》，通过湿法球磨工艺将添加剂、硅粉和石墨混合均匀，然后再喷雾干燥成型烧结，最后包覆氧化铝层。由于球磨工艺存在自身难以克服的弊端，反应物质在机械力的作用下混合，颗粒的团聚现象难以解决，达到纳米级别尤其明显，使用很难做到分布均匀，进而影响后续电池各项性能。
鉴于目前技术和制备工艺的不足，研究开发具备高容量、高首效、低膨胀和长寿命特性的锂离子电池用硅碳复合材料具有重要的现实意义，同时还要过程简单，便于操作控制，易于实现，成本低廉。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺。
本发明提到的一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其技术方案是：硅碳复合材料具有三元复合结构，包括多孔石墨、均匀分布多孔石墨内的非晶纳米硅颗粒以及包覆于外表面的无定形碳层；
所述硅碳复合材料制备工艺包括如下步骤：
a一定量的膨胀石墨置于反应炉内，惰性气体氛围下在一定温度下持续若干时间充分膨胀后，经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料；
b将得到的多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取适当硅源，引入气相硅源，吸附若干时间，达到饱和后，利用微波发生器产生高温，热解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；
c选取适当碳源，高温下，利用化学气相沉积法，控制沉积时间，在b得到的初步硅碳复合材料外表面包覆一定厚度的无定形碳层。
优选的，在反应步骤a中，处理温度为600-1200℃，高温反应的时间为0.5-3h；高温的升温速率为10-30℃/min。
优选的，在反应步骤b中，所述硅源为含硅前驱体，包括：硅烷、二硅烷、三硅烷、四硅烷或其组合，所述硅源浓度为5-99.9%，按体积分数。
优选的，在反应步骤b中，吸附时间为0.5-6.0h，高温为300℃-600℃，加热方式为微波加热。
优选的，在反应步骤c中，所述碳源包含但不限于：甲烷、丙烷、丁烷、环己烷、乙烷、丙烯和乙炔或其组合。
优选的，在反应步骤c 中，反应温度为600℃-1000℃，反应时间为30min-240min。
优选的，所述硅碳复合材料含硅量15wt%-70wt%，碳层厚度10-15nm，材料粒径D50约3-10微米，比表面积5-20m2/g。
本发明的制备原理如下：
采用的是多孔石墨制备和化学气相沉积包覆耦合技术，即，在高温下膨胀石墨充分膨胀多孔性的基础上，控制粒度，再通过化学气相沉积法在孔内部沉积硅，在外表面包覆碳层。从而制备出硅分散性好，不易团聚；硅碳结合紧密，不易脱落，从而在抑制体积膨胀，提升循环性能方面具有优异性能。
本发明各步骤发生的主要反应如下（以硅烷和乙炔的完全分解为例）：
SiH4 = Si + H2 （加热）
C2H2 = C + H2 （加热）
通过本发明方法制备的硅碳复合材料由基体多孔石墨、均匀分布多孔石墨内的非晶纳米硅颗粒和包覆于外表面的无定形碳层三部分组成。在制备过程中直接以膨胀石墨为原料，通过高温处理，孔隙率可达85%以上，其中开放孔的孔隙率占13%以上，闭合孔的孔隙率不到1%，从而具备了优异的吸附性能，为后续硅的沉积创造了良好的条件，使高容量成为可能，而且网络状孔隙结构也可以增强电池的导电性。从而大幅度提升了材料的倍率性能，使得制备的硅碳复合材料材料在锂离子电池应用中表现出了优异的倍率性能、首周库伦效率与能量转化效率。
本发明利用CVD工艺，通过硅烷的热裂解得到纳米硅，制备的纳米粉体具有纯度高、粒度分布均匀、形状规则、易于分散、晶型可控等优点；使用微波加热的方式，通过微波加热多孔基质材料使得基质颗粒局部加热，而不直接加热反应器系统内的其他材料，例如容器、反应器壁和反应器内的气氛（空气）；这种局部加热使得含硅反应物原料高度有效且高度局部的分解，从而使得吸附在多孔石墨内部的含硅化合物优先分解而沉积在内部，而不是在外部分解而沉积在外表面。有利于从根本上解决锂离子电池在连续充放电过程，纳米硅颗粒团聚，膨胀，粉化，脱落等一系列问题。
本发明提出的制备工艺方法简单、生产成本低、产率高，且环境友好，适合大规模产业化生产；设备和过程简单，设备利用率高，可以连续化生产，易于实现工业化。
与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：
1）利用膨胀石墨的多孔性，提升了硅含量，显著提高电池理论容量；同时硅主要沉积在孔内部，而不是外表面，有效抑制体积膨胀，裂纹粉化脱落等弊端；
2）利用硅烷的热分解获取纳米硅颗粒，具有纯度高、粒度分布均匀、形状规则、易于分散、晶型可控等优点；
3）利用微波加热方式提供热量，升温速度快，而且从内向外加热，从而使吸附进内部的硅烷优先热解而沉积再微孔内部，也提升了硅烷利用率；
4）一体连续化操作，避免了中间步骤物料的收集和转移，也就避免了纳米级硅颗粒接触空气而氧化，从而更安全，也有效保证了纯度。
附图说明
图1为样品BET比表面积曲线图；
图2为样品粒度分布示意图；
图3为样品元素分别示意图；
图4-6为样品剖面的电镜图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，本发明提到的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，包括以下过程：
将膨胀石墨置于反应炉内，在氩气气体氛围保护下，以15℃/min的升温速率升至800℃，持续1.5h充分膨胀后，降温后经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料，D50约5.5微米，孔径分布：4-1000nm；取500g多孔状石墨材料置于化学气相沉积炉内，选取复合气体为硅源,其流量组成为：单硅烷:二硅烷:三硅烷为6:1:3（注：每种气体均为市售以氩气为底气进行稀释的混合气，混合后浓度均为5%），引入复合气至压力1.0MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续3.0h；利用微波发生器升温至600℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以1.0sccm的流速引入市售99.9%乙炔，在700℃下，利用化学气相沉积法，沉积2.0h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量23.40wt%，碳层厚度6nm，材料粒径D50约6.5微米，比表面积18.6m2/g。
将所得材料、超导炭黑（SP）和水性粘结剂（LA132）按照质量比7:2:1称取，加入去离子水调节成均匀浆料后，涂覆在铜箔上；在80℃下真空箱中干燥6h后冲压成直径为10mm的极片。以金属锂片为电极，隔膜为Celgard2400型微孔聚丙烯膜，电解液为1mol/L LiPF6的碳酸乙烯酯（EC）:碳酸二乙酯（DEC）:碳酸甲乙酯（体积比1:1:1），在充满氩气的手套箱中装成扣式电池。恒电流充放电采用新威测试柜（BTS-5V/1mA），恒温25℃ ，电压0.01～2V。交流阻抗和循环伏安测试在电化学工作站（CHI660A）完成。交流阻抗振幅电压5mV，频率0.01～105kHz；循环伏安扫描速度0.1ｍV/s，电压范围0.01～２Ｖ。（注：其余实施例采用相同方法进行电化学性能测试）
实施例2，本发明提到的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，包括以下过程：
将膨胀石墨置于反应炉内，在氩气气体氛围保护下，以25℃/min的升温速率升至700℃，持续1.0h充分膨胀后，降温后经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料，D50约3.5微米，孔径分布：6-900nm；取500g多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取复合气体为硅源,其流量组成为：单硅烷:三硅烷:四硅烷为6:2:2（注：每种气体均为市售以氩气为底气进行稀释的混合气，混合后浓度均为10%）选取10%的硅烷为硅源，引入硅烷至压力0.8MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续4.0h；利用微波发生器升温至400℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以2.0sccm的流速引入市售99.9%乙炔，在600℃下，利用化学气相沉积法，沉积1.5h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量36.83wt%，碳层厚度8nm，材料粒径D50约5.5微米，比表面积12.4m2/g。
实施例3，本发明提到的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，包括以下过程：
将膨胀石墨置于反应炉内，在氩气气体氛围保护下，以10℃/min的升温速率升至1000℃，持续0.5h充分膨胀后，降温后经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料，D50约8.3微米，孔径分布：3-800nm；取500g多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取30%的硅烷为硅源，引入硅烷至压力1.2MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续6.0h；利用微波发生器升温至550℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以3.0sccm的流速引入市售99.9%乙炔，在800℃下，利用化学气相沉积法，沉积1.0h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量45.66wt%，碳层厚度15nm，材料粒径D50约5.1微米，比表面积8.6m2/g。
实施例4，本发明提到的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，包括以下过程：
将膨胀石墨置于反应炉内，在氩气气体氛围保护下，以30℃/min的升温速率升至1200℃，持续2.0h充分膨胀后，降温后经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料，D50约6.2微米，孔径分布：2-1100nm；取500g多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取99.9%的硅烷为硅源，引入硅烷至压力0.5MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续5.0h；利用微波发生器升温至350℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以2.5sccm的流速引入市售浓度均为99.9%乙炔、丙烯和乙烷（比例为6:3:1），在900℃下，利用化学气相沉积法，沉积0.5h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量51.68wt%，碳层厚度12nm，材料粒径D50约6.8微米，比表面积6.6m2/g。
实施例5，本发明提到的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，包括以下过程：
将膨胀石墨置于反应炉内，在氩气气体氛围保护下，以20℃/min的升温速率升至900℃，持续3.0h充分膨胀后，降温后经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料，D50约6.0微米，孔径分布：8-1500nm；取500g多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取浓度均为50%的甲硅烷和三硅烷为硅源，按1:1比例引入至压力1.5MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续3.0h；利用微波发生器升温至450℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以3.0sccm的流速引入市售浓度均为99.9%的甲烷、丙烷、环己烷和丁烷（比例为4:3:2:1），在1000℃下，利用化学气相沉积法，沉积2.5h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量36.98wt%，碳层厚度15nm，材料粒径D50约7.1微米，比表面积9.9m2/g。
对比例1
一定量的鳞片石墨经粉碎和筛分处理，D50约6.8微米；取500g该石墨置于化学气相沉积炉内，选取浓度均为50%的硅烷，引入反应器内至压力1.0MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续3.0h；利用微波发生器升温至475℃，硅烷受热分解后在石墨表面沉积纳米级硅颗粒；以3.0sccm的流速引入市售99.9%甲烷，在1000℃下，利用化学气相沉积法，沉积2.5h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量18.57wt%，碳层厚度14nm，材料粒径D50约7.5微米，比表面积5.5m2/g。
对比例2
取例5处理后的多孔石墨500g置于化学气相沉积炉内，经铁铬铝（0Cr27Al7Mo2）加热丝加热以25℃/min的速率升温至450℃，选取浓度均为50%的甲硅烷和三硅烷为硅源，按1:1比例以1.5slm速率引入5h，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；以3.0sccm的流速引入市售99.9%甲烷，在1000℃下，利用化学气相沉积法，沉积2.5h，外表面包覆一定厚度的无定形碳层。分析表征：硅碳复合材料含硅量35.36wt%，碳层厚度12nm，材料粒径D50约7.8微米，比表面积65.85m2/g。
对比例3
取例5处理后的多孔石墨500g置于化学气相沉积炉内，选取浓度均为50%的甲硅烷和三硅烷为硅源，按1:1比例引入至压力1.5MPa，吸附后压力下降，再次补充硅烷保压，前后持续3.0h；利用微波发生器升温至450℃，硅烷受热分解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒。分析表征：硅碳复合材料含硅量38.62wt%，材料粒径D50约6.8微米，比表面积25.88m2/g。
上述实施例与对比实施例所制备硅碳负极材料测试结果汇总后见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过分析对比上述表格可以发现，采用本发明所述工艺制备的高容量锂离子电池用硅碳复合材料具有更高理论容量和更高的首效，同时循环性能更好，表现出了优异的电化学性能。主要原因在于，多孔石墨增加了硅的沉积量，初步具备了高理论容量，同时绝大多数硅分布在微孔内，而不是包覆在外表面，能做到分布均匀，不会随着充放电次数的增多发生团聚脱落。
另外，参照图1，为样品的BET比表面积曲线图，根据图1可以得出如下结论：
Figure 885754DEST_PATH_IMAGE002
参照图2，为样品的粒度分布示意图，具体如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
参照图3，为样品元素分析示意图，图4-6为样品剖面的电镜图。
通过对样品进行全元素分析（图3）可以发现，硅含量较高，达到了15wt%-70wt%设计值，为高容量提供了保证，这是由于石墨的多孔性提供了容纳纳米硅的原位。同时，通过FIB分析（图4-6）可以看出，观察样品颗粒的外表面、剖面，经过沉积以后，分布均匀，没有明显缺陷存在，内部填充饱满，硅碳结合致密，从而具备优异的循环性能，为长周期运行打下良好基础。
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：
硅碳复合材料具有三元复合结构，包括多孔石墨、均匀分布多孔石墨内的非晶纳米硅颗粒以及包覆于外表面的无定形碳层；
所述硅碳复合材料制备工艺包括如下步骤：
a一定量的膨胀石墨置于反应炉内，惰性气体氛围下在一定温度下持续若干时间充分膨胀后，经粉碎和筛分处理，获得多孔状石墨材料；
b将得到的多孔石墨置于化学气相沉积炉内，选取适当硅源，引入气相硅源，吸附若干时间，达到饱和后，利用微波发生器产生高温，热解后在石墨内部和表面填充、沉积纳米级硅颗粒；
c选取适当碳源，高温下，利用化学气相沉积法，控制沉积时间，在b得到的初步硅碳复合材料外表面包覆一定厚度的无定形碳层。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：在反应步骤a中，处理温度为600-1200℃，高温反应的时间为0.5-3h；高温的升温速率为10-30℃/min。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：在反应步骤b中，所述硅源为含硅前驱体，包括：硅烷、二硅烷、三硅烷、四硅烷或其组合，所述硅源浓度为5-99.9%，按体积分数。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：在反应步骤b中，吸附时间为0.5-6.0h，高温为300℃-600℃，加热方式为微波加热。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：在反应步骤c中，所述碳源包含但不限于：甲烷、丙烷、丁烷、环己烷、乙烷、丙烯和乙炔或其组合。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：在反应步骤c 中，反应温度为600℃-1000℃，反应时间为30min-240min。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池用硅碳复合材料的制备工艺，其特征是：所述硅碳复合材料含硅量15wt%-70wt%，碳层厚度10-15nm，材料粒径D50约3-10微米，比表面积5-20m2/g。
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CN115986124A (zh) * 2023-03-15 2023-04-18 河北坤天新能源股份有限公司 一种锂离子电池用硅碳复合材料及其制备方法
WO2024120302A1 (zh) * 2022-12-08 2024-06-13 兰溪致德新能源材料有限公司 纳米硅碳复合材料、其制备方法及应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024120302A1 (zh) * 2022-12-08 2024-06-13 兰溪致德新能源材料有限公司 纳米硅碳复合材料、其制备方法及应用
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