[发明专利]一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备工艺和设备

权利要求书

1.一种锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于，包括基材和沉积在基材表面的纳米硅，所述基材为碳材料，所述纳米硅通过等离子增强化学气相沉积工艺沉积在基材表面，所述等离子增强化学气相沉积工艺过程中，基材在沉积区为流态化运动状态，所述等离子增强化学气相沉积工艺在流态化等离子气相沉积炉内进行，所述流态化等离子气相沉积炉内设有正极板和负极板，所述正极板和负极板之间为沉积区，所述负极板具有振动输料功能，所述基材在负极板的振动作用下在沉积区作流态化运动。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于，所述正极板的数量在1个以上，每个正极板可单独接入工作气体和等离子发生器；所述负极板的振动频率和振动幅度分别独立可调。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于，所述基材为石墨烯、碳纳米片、碳纤维、碳纳米管、人造石墨、天然石墨、中间相微球、软碳、硬碳中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料，其特征在于，所述纳米硅为颗粒状，粒度为1～200nm。

5.一种权利要求1～4任一项所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将基材放入流态化等离子气相沉积炉中，对沉积炉进行抽真空处理；

S2.对沉积炉进行升温，并使基材在负极板的振动作用下在沉积区作流态化运动；

S3.向沉积炉内通入稀释气体，接通等离子发生器，随后加入硅源气体，在基材表面沉积纳米硅，得到产品A；

S4.将产品A筛分过滤，得到产品A1，将产品A1进行包覆处理，得锂离子电池硅碳负极材料。

6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S4中所述包覆处理为液相包覆，液相包覆后的A1经碳化、筛分过滤后得锂离子电池硅碳负极材料B1。

7.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S4中所述包覆处理为表面气相包覆纳米碳，表面气相包覆纳米碳的A1经筛分过滤后得锂离子电池硅碳负极材料B2。

8.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述表面气相包覆纳米碳的碳源气体包括甲烷、乙烯、乙炔中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述表面气相包覆纳米碳中的纳米碳为颗粒状和/或薄膜状。

10.根据权利要求7所述的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺还包括对B2进行液相包覆处理，将液相包覆后的B2经干燥、碳化、筛分过滤后得锂离子电池硅碳负极材料B3。

11.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S1中流态化等离子气相沉积炉内压力为0.01～2托，步骤S2中沉积炉的温度为350～600℃。

12.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S3中稀释气体与硅源气体的体积比为0.2～6:1，所述流态化等离子气相沉积炉内压力为2～10托。

13.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S3中硅源气体包括SiH₄、SiHCl₃、SiH₂Cl₂中的至少一种。

14.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，步骤S3中所述稀释气体包括氢气、氮气、氩气、氦气中的至少一种。

15.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述流态化等离子气相沉积炉所用等离子发生器包括带直流偏压的电容式射频电源，即直流电源与射频电源负载电容并联连接，直流电源负极与负极板电连接，负极板与基材接触。