JP7068546B2 - ケイ素-炭素複合材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ドラゴンフルーツ状構造により、充放電過程におけるシリコン系材料の体積効果が効果的に軽減され、サイクル過程における材料の粉末化が効果的に回避され、炭素導電ネットワークが良好であるため材料の導電性が向上し、材料の倍率性能が改善され、シリコン系材料の体積膨張効果が軽減され、サイクル性能が向上する。
基体コアをCVD炉に入れ、保護雰囲気下、1~15℃/minで400~1200℃に昇温し、ナノケイ素粒子と導電性炭素を同時に気相堆積し、0.5~20時間保温し、室温まで自然冷却し、ケイ素-炭素複合材料前駆体を得るステップS1と、
ケイ素-炭素複合材料前駆体を炭素被覆し、ケイ素-炭素複合材料を得るステップS2と、を含む。
1.本発明のドラゴンフルーツ状構造のケイ素-炭素複合材料は、基体コア、ケイ素-炭素複合シェル及び被覆層を含み、ケイ素-炭素複合シェルは、ナノケイ素粒子が導電性炭素に均一に分散して形成され、低温堆積ナノシリコン中に大量の非晶質シリコンが含まれ、非晶質ナノシリコンは堆積膨張が小さいため、サイクル過程における材料の粉末化が効果的に回避され、材料のサイクル性能を改善することができ、内部導電性基体は、材料の導電性を向上させ、材料の倍率性能を改善し、シリコン系材料の体積膨張効果を軽減させ、サイクル性能を向上させることができる。
200gの粒径D50=50nmのナノシリコン材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで900℃まで昇温し、それぞれ20分間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、1.5L/minの速度でメタンガスを導入し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、ケイ素-炭素複合材料を得た。
200gの粒径D50=50nmのナノシリコン材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで900℃まで昇温し、それぞれ20分間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、1.5L/minの速度でメタンガスを導入し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、ケイ素-炭素複合材料を得た。
200gの粒径D50=50nmのナノシリコン材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで700℃まで昇温し、それぞれ2時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、0.5L/minの速度でメタンガス、0.5L/minの速度でSiH4ガスを導入し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
200gの粒径D50=100nmのナノシリコン材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで650℃まで昇温し、それぞれ1時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、0.5L/minの速度でメタンガス、1.5L/minの速度でSiH4ガスを導入し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
100gの導電性カーボンブラック材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで650℃まで昇温し、それぞれ1時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、0.5L/minの速度でメタンガス、1.5L/minの速度でSiHCl3ガスを導入し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
150gの粒径D50=100nmのナノ酸化ケイ素材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで650℃まで昇温し、それぞれ1時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、0.5L/minの速度でメタンガス、1.5L/minの速度でSiH4ガスを導入し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
150gの粒径D50=100nmのナノ酸化ケイ素材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで650℃まで昇温し、それぞれ1時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガス、0.5L/minの速度でメタンガス、1.5L/minの速度でSiH4ガスを導入した後、SiH4ガスの導入を停止させ、引き続き0.5L/minの速度でメタンガスを導入し、2時間保温し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。15%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、85%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
150gの粒径D50=100nmのナノ酸化ケイ素材料を回転炉に入れ、回転速度を1.5rpmに調整し、保護ガスである窒素ガスを導入し、5℃/minで650℃まで昇温し、1.5時間かけて4.0L/minの速度で高純度窒素ガスを導入し、1.5時間かけて10分間ごとに0.5L/minの速度でメタンガス、1.5L/minの速度でSiH4ガスを交互に導入した後、SiH4ガスの導入を停止させ、2時間保温し、室温まで自然冷却し、前駆体を得た。5%(前記シリコン系複合材料の総質量に対する有機物分解炭素の質量の百分率で計算)アスファルト、95%前駆体及びアルコールを高速分散機により混合し、均一に分散して混合料を形成し、混合料の固形分含有量が20%となるようにアルコールの添加量を調整し、混合料を噴霧乾燥させ、噴霧乾燥後の材料を熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスである窒素ガスを導入し、4℃/minで900℃まで昇温し、3時間保温し、室温まで自然冷却し、シリコン系複合材料を得た。
比較例1~2及び実施例1~6で製造された材料を負極材料とし、それを粘着剤ポリフッ化ビニリデン(PVDF)及び導電剤(Super-P)と共に70:15:15の質量比で混合し、適量のN-メチルピロリドン(NMP)を溶媒として加え、スラリーを調製し、銅箔に塗布し、真空乾燥させ、ロールプレスし、負極シートを製造した。金属リチウムシートを対電極として使用し、1mol/LのLiPF6と三成分混合溶媒(EC:DMC:EMC=1:1:1(v/v))とを混合した電解液を使用し、ポリプロピレン微多孔膜をセパレーターとして使用し、不活性ガスで満たされたグローブボックスにおいてCR2032型ボタン電池を組み立てた。ボタン電池の充放電試験は、武漢市藍電電子股分有限公司のLANHEバッテリテストシステムを用い、常温、定電流0.1C、電圧0.005~1.5Vの条件下で充放電することにより行われた。
膨張率=(50週間サイクル後の電極シートの厚さ-サイクル前の電極シートの厚さ)/(サイクル前の電極シートの厚さ-銅箔の厚さ)*100%。
Claims (9)
- ケイ素-炭素複合材料であって、
前記ケイ素-炭素複合材料は、ドラゴンフルーツ状構造の複合材料であり、
基体コア、ケイ素-炭素複合シェル、および被覆層を含み、
前記ケイ素-炭素複合シェルは、導電性炭素と、前記導電性炭素に分散される複数のナノケイ素粒子で構成され、
前記被覆層は、少なくとも1層の炭素被覆層であり、前記炭素被覆層の単層の厚さは、0.2-3μmである、ことを特徴とするケイ素-炭素複合材料。 - 前記ケイ素-炭素複合材料は、粒度D50が2-20μm、比表面積が1-30m2/g、真密度が1-3g/cm3であり、
前記ケイ素-炭素複合材料の基体コアの粒度D50は2-18μmである、ことを特徴とする請求項1に記載のケイ素-炭素複合材料。 - 前記基体コアは、ナノシリコン、ナノ一酸化ケイ素又はナノ導電性炭素材料のうちのいずれか1種又は2種であり、
ナノシリコンは、粒子サイズが1-40nmの単結晶ナノシリコン、粒子サイズが1-40nmの多結晶ナノシリコン、又は非晶質ナノシリコンのうちのいずれか1種又は複数種であり、
ナノシリコンの粒度D50は5-300nmであり、ナノ一酸化ケイ素SiOxにおけるXは0.8-1.5であり、ナノ導電性炭素の材料は、導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブおよびグラフェンのうちのいずれか1種である、ことを特徴とする請求項1に記載のケイ素-炭素複合材料。 - 前記単結晶ナノシリコンは、単結晶ナノシリコンワイヤである、ことを特徴とする請求項3に記載のケイ素-炭素複合材料。
- 前記ナノ導電性炭素の材料となるグラフェンは、非晶質カーボンが担持されたグラフェン複合材料である、ことを特徴とする請求項3に記載のケイ素-炭素複合材料。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載のケイ素-炭素複合材料の製造方法であって、
基体コアをCVD炉に入れ、保護雰囲気下、1~15℃/minで400~1200℃に昇温し、ナノケイ素粒子と導電性炭素を同時に気相堆積し、0.5~20時間保温し、自然冷却し、ケイ素-炭素複合材料前駆体を得るステップS1と、
ケイ素-炭素複合材料前駆体を炭素被覆し、ケイ素-炭素複合材料を得るステップS2と、を含み、
ナノケイ素粒子と導電性炭素を同時に気相堆積することは、特定の比率で0.5~20.0L/minの速度で、有機炭素源とケイ素源を同時又は交互に導入することにより行われ、
前記ケイ素源は、SiH4、SiHCl3、Si2H6、Si3H8、SiCl4、Si2Cl6、SiH2Cl又はSiH3Clのうちの1種又は複数種である、ことを特徴とする製造方法。 - 前記炭素被覆は、高温分解炭素被覆、気相炭素被覆又は液相炭素被覆のうちのいずれか1種であり、
前記高温分解炭素被覆は、1段階炭素被覆又は2段階炭素被覆を採用し、
2段階炭素被覆を採用する場合、2段階目の炭素被覆の被覆量は、質量で1段階目の炭素被覆の被覆量の0.1~10倍であり、被覆層の厚さは10~2000nmである、ことを特徴とする請求項6に記載の製造方法。 - 前記液相炭素被覆の過程は、
有機炭素源、被被覆物及び溶媒を高速分散机により混合し、均一に分散させ、スラリーを形成し、スラリーを噴霧乾燥させ、その後、熱処理し、雰囲気炉に高純度の保護ガスを導入し、10℃以下の昇温速度で400~1200℃に昇温して焼結し、0.5~10時間保温し、室温まで自然冷却し、液相被覆生成物を得ることを含み、
前記有機炭素源における分解炭素の質量は、有機炭素源中の分解炭素と被被覆物とで生成された複合材料の総質量の1~99wt%であり、
前記溶媒の添加量は、スラリーの固形分含有量が5~50%に制御されるように調整される、ことを特徴とする請求項7に記載の製造方法。 - 前記気相炭素被覆の過程は、
被被覆物をCVD炉に入れ、保護ガスを導入し、1~15℃/minで500~1200℃まで昇温し、0.5~20.0L/minの速度で有機炭素源ガスを導入し、0.5~20時間保温し、室温まで自然冷却し、気相被覆生成物を得ることを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の製造方法。
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CN114335533A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-04-12 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种负极材料及包括该负极材料的电池 |
CN114275760B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-07-14 | 江西紫宸科技有限公司 | 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用 |
CN114242987B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-09-26 | 格龙新材料科技(常州)有限公司 | 一种三维多孔硅碳复合材料的制备方法 |
CN114249326B (zh) * | 2021-12-25 | 2022-07-22 | 盐城工学院 | 一种液相法制备亚纳米硅碳复合材料的方法 |
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CN116014087A (zh) * | 2022-06-13 | 2023-04-25 | 浙江锂宸新材料科技有限公司 | 一种长循环高性能二次电池用负极材料的制备方法及其产品 |
WO2024000427A1 (zh) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 正极活性材料及其制备方法、正极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置 |
WO2024014897A1 (ko) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 음극 활물질, 음극 활물질의 제조 방법, 음극 조성물, 이를 포함하는 리튬 이차 전지용 음극 및 음극을 포함하는 리튬 이차 전지 |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108390049A (zh) | 2018-04-16 | 2018-08-10 | 清华大学 | 一种硅@碳化硅@碳核壳结构复合材料及其制备方法 |
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TWI278429B (en) * | 2002-05-17 | 2007-04-11 | Shinetsu Chemical Co | Conductive silicon composite, preparation thereof, and negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary cell |
DE102014208274A1 (de) * | 2014-05-02 | 2015-11-05 | Robert Bosch Gmbh | Poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial |
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