[发明专利]碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池

说明书

本发明提供了一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池。该制备方法包括：将硅源、碳源、石墨及有机溶剂进行混合，得到混合物，其中硅源为粒径小于300nm的无定型硅粉，且碳源不包含石墨；及在保护气氛下，对混合物进行焙烧，得到碳硅复合材料。本发明使用的无定型硅粉是在气相环境下生成的，粒径比球磨得到的粒径均匀，非常适合包覆，这使得碳硅复合材料在应用过程中的体积变化相对较小；同时石墨为连续导电相，在制备过程中加入石墨能够起到抑制硅源体积膨胀的作用。在上述两方面原因下，上述碳硅复合材料具有较小的硅体积膨胀率和较大的电池容量。此外上述工艺还具有流程简单，能耗低，对环境友好等优点。

技术领域

本发明涉及多晶硅生产领域，具体而言，涉及一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池。

背景技术

目前，限制电池容量提高的主要因素是普遍使用的碳负极材料的容量太低，无法使电池容量达到相关规定，只有采用容量更高的新型负极材料才能使电池容量达到要求，而在所有的负极材料中，硅碳复合材料是最有希望取代碳负极材料的。因此，研发低成本、高容量的硅碳复合材料成了当前热门课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种碳硅复合材料的制备方法、碳硅复合电极及包含其的电池，以解决现有硅负极材料存在硅材料体积膨胀较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种碳硅复合材料的制备方法，该制备方法包括：将硅源、碳源、石墨及有机溶剂进行混合，得到混合物，其中硅源为粒径小于300nm的无定型硅粉，且碳源不包含石墨；及在保护气氛下，对混合物进行焙烧，得到碳硅复合材料。

进一步地，硅源、碳源及石墨的重量比为(1～30):(20～69):(30～50)。

进一步地，碳源选自沥青、焦炭、热分解后的炭、聚氯乙烯和葡萄糖组成的组中的一种或多种。

进一步地，有机溶剂选自四氢呋喃、葡萄糖、甲苯和正己烷组成的组中的一种或多种。

进一步地，焙烧过程在表压为-0.2～0.2bar的压力下进行；优选地，保护气氛为氩气和/或氢气。

进一步地，焙烧过程的温度为600～1300℃；优选地，焙烧过程的温度为850～1200℃。

进一步地，制备方法还包括将焙烧反应的产物体系依次进行研磨、筛分和酸洗及烘干的步骤；优选地，酸洗过程中使用的酸为氢氟酸；优选地，烘干步骤在-0.1～0bar和100～250℃的条件下进行。

进一步地，经筛分过程后得到的固体颗粒的粒度为100～500μm，优选为100～300μm。

本申请的另一方面还提供了一种碳硅复合电极，碳硅复合电极包含上述制备方法制得的碳硅复合材料。

本申请的又一方面还提供了一种电池，电池包括上述碳硅复合电极。

应用本发明的技术方案，本发明使用硅源无定型硅粉是在气相环境下生成的，粒径比球磨得到的粒径均匀，非常适合包覆，这使得碳硅复合材料在应用过程中的体积变化相对较小；同时石墨为连续导电相，在制备过程中加入石墨能够起到抑制硅源体积膨胀的作用。在上述两方面原因下，上述碳硅复合材料具有较小的硅体积膨胀率和较大的电池容量。此外上述工艺还具有流程简单，能耗低，对环境友好等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的碳硅复合材料的制备方法的工艺流程图；以及

图2示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的碳硅复合材料的制备装置的结构示意图。