[发明专利]一种纳米碳硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种纳米碳硅复合材料，包括碳纳米材料、纳米硅以及碳质粘结剂，其中的碳纳米材料和纳米硅为主体储锂材料。本发明提供一种纳米碳硅复合材料，具有良好的循环性能和充放电性能，具有重要的市场价值和社会价值。本发明还提供一种纳米碳硅复合材料的制备方法，制备简单，且在制备过程中不会出现团聚现象，使纳米硅的充分分散，保证了该材料的性能。

技术领域

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种纳米碳硅复合材料及其制备方法。

背景技术

随着各种便携式电子设备及电动汽车的广泛发展和快速应用，对具有高比容量、长循环寿命和高安全性的高性能锂电池特别是锂离子电池的需求日益迫切。负极材料作为锂电池的关键材料之一，对锂电池性能的提高起着至关重要的作用。

当前商业化的锂电池特如锂离子电池仍主要采用石墨类碳负极材料。难以满足高性能锂电池的要求，大大制约了锂电池的发展与应用。各种非碳负极材料中，硅(理论容量高达4200mAh/g)以其独特的优势和潜力吸引了越来越多研究者的目光。但是硅基负极材料在嵌脱锂过程中体积变化达到300％以上。严重的体积膨胀所产生的内应力导致电极材料粉化和剥落，其容量迅速下降，最终使电池失去活性。出于大规模产业化应用的考虑，制备具有纳米结构的高性能复合硅碳负极材料具有极大发展潜力。

目前虽有硅碳复合材料的公开，但目前制备的硅碳复合材料在锂离子脱嵌过程中难以保持活性硅材料的结构稳定性，导致循环稳定性、倍率性能和安全性能不理想，限制了其实际应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米碳硅复合材料，具有良好的循环性能和充放电性能，具有重要的市场价值和社会价值。

本发明还提供一种纳米碳硅复合材料的制备方法，制备简单，且在制备过程中不会出现团聚现象，使纳米硅的充分分散，保证了该材料的性能。

本发明采用如下技术方案：

一种纳米碳硅复合材料，包括碳纳米材料、纳米硅以及碳质粘结剂，其中的碳纳米材料和纳米硅为主体储锂材料。

对上述技术方案的进一步改进为，所述碳纳米材料为内核，所述纳米硅以壳结构包覆在碳纳米材料上，所述碳质粘结剂用于将多个第一前驱体粘结。

对上述技术方案的进一步改进为，所述碳纳米材料所占复合材料的重量百分比为15-80％，所述纳米硅占复合材料的重量百分比为10-55％，所述碳质粘结剂所占复合材料的重量百分比为5-75％。

对上述技术方案的进一步改进为，所述碳纳米材料的粒度为10-500nm，纳米硅的粒度为5-200nm；所述纳米硅碳复合负极材料的粒度为10-30μm。

一种纳米碳硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

在碳纳米材料上动态沉积一层纳米硅，使纳米硅以壳结构均匀包覆在碳纳米材料上，制得第一前驱体；

将上述步骤中制得的第一前驱体与碳质粘结剂混合后导入二次造粒设备中进行二次造粒，制得第二前驱体；

将上述步骤中制得的第二前驱体经碳化处理后制得第三前驱体；

将上述步骤中制得的第三前驱体经破碎筛分制得纳米硅碳复合负极材料。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述在碳纳米材料上动态沉积一层纳米硅，使纳米硅以壳结构均匀包覆在碳纳米材料上，制得第一前驱体步骤中，首先将碳纳米材料装入真空回转管式炉中后进行抽真空处理；然后将真空回转管式炉内加热至750-1200℃后以1.5-2.5L/min的速度向真空回转管式炉内通入硅源，使硅源分解出纳米硅，纳米硅以壳结构均匀包覆在碳纳米材料上，冷却后即制得所述第一前驱体。