本發(fā)明涉及鋰離子電池，特別是涉及schwarzites碳負(fù)載納米硅材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、以納米硅負(fù)載多孔碳形成的硅碳材料具有高比容量和高首次庫(kù)倫效率，被視為高能量密度鋰離子電池負(fù)極的潛力材料。但是，目前化學(xué)活化、高溫碳化等方法制備的多孔碳材料，因sp2碳含量低于50％，導(dǎo)致其機(jī)械性能不佳，尤其是柔韌性不佳，使得硅碳材料在負(fù)極片輥壓的過程中容易破碎，同時(shí)在充放電過程中難以抑制硅顆粒的體積膨脹。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硅碳材料柔韌性不佳的問題，提供一種schwarzites碳負(fù)載納米硅材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明提供一種schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，包括如下步驟：

3、以ztc結(jié)構(gòu)的分子篩為模板，在保護(hù)氣氛和氣相碳源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到分子篩-碳復(fù)合材料；

4、去除所述分子篩-碳復(fù)合材料中的模板，得到schwarzites碳；

5、以schwarzites碳為載體，在保護(hù)氣氛和氣相硅源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到硅碳復(fù)合材料；

6、將所述硅碳復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆，得到schwarzites碳負(fù)載納米硅材料。

7、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述ztc結(jié)構(gòu)的分子篩選自沸石lta型分子篩、沸石fau型分子篩或沸石emt型分子篩中的至少一種。

8、在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述ztc結(jié)構(gòu)的分子篩的d50為5μm-20μm。

9、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在保護(hù)氣氛和氣相碳源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

10、(1)所述氣相碳源選自乙炔、甲烷、乙烯、苯或甲苯中的至少一種；

11、(2)化學(xué)氣相沉積的溫度為500℃-2000℃，時(shí)間為0.5h-10h；

12、(3)化學(xué)氣相沉積的升溫速率為1℃/min-10℃/min；

13、(4)所述保護(hù)氣氛選自氮?dú)饣蚨栊詺怏w中的至少一種。

14、在其中一個(gè)實(shí)施例中，通過堿洗或水洗去除所述分子篩-碳復(fù)合材料中的模板，溫度為50℃-150℃。

15、在其中一個(gè)實(shí)施例中，在保護(hù)氣氛和氣相硅源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

16、(1)所述氣相硅源選自硅烷、二硅烷、二氯硅烷或四甲基硅烷中的至少一種；

17、(2)化學(xué)氣相沉積的溫度為400℃-650℃，時(shí)間為0.5h-5h；

18、(3)化學(xué)氣相沉積的升溫速率為1℃/min-10℃/min；

19、(4)所述保護(hù)氣氛選自氮?dú)饣蚨栊詺怏w中的至少一種。

20、在其中一個(gè)實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相沉積的方式將所述硅碳復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆，其中，化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

21、(1)氣相碳源選自乙炔、甲烷、乙烯、苯或甲苯中的至少一種；

22、(2)化學(xué)氣相沉積的升溫速率為1℃/min-10℃/min；

23、(3)化學(xué)氣相沉積的溫度為500℃-1000℃，時(shí)間為0.5h-3h；

24、(4)化學(xué)氣相沉積在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，所述保護(hù)氣氛選自氮?dú)饣蚨栊詺怏w中的至少一種。

25、本發(fā)明還提供采用所述schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法制成的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料。

26、本發(fā)明還提供采用所述schwarzites碳負(fù)載納米硅材料制備得到的負(fù)極片。

27、本發(fā)明還提供采用所述負(fù)極片制備得到的二次電池。

28、本發(fā)明以ztc結(jié)構(gòu)的分子篩為模板，ztc結(jié)構(gòu)的分子篩豐富獨(dú)特且均勻的孔道結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的吸附性，在化學(xué)氣相沉積的過程中不僅可以減少碳源氣體在非預(yù)定區(qū)域的沉積，而且可以誘導(dǎo)碳原子有序生長(zhǎng)，從而能夠得到schwarzites碳，提高sp2碳含量高，且由于sp2碳具有更短的鍵長(zhǎng)，從而使得schwarzites碳的化學(xué)鍵強(qiáng)度高，且共價(jià)鍵方向性較強(qiáng)，形成的結(jié)構(gòu)更加緊密規(guī)整，能夠承受更大的外力擠壓，因此，在滿足多孔碳孔容和孔徑的要求下，能夠提升柔韌性。另外，schwarzites碳保留了ztc結(jié)構(gòu)的分子篩的強(qiáng)吸附特性，有利于納米硅的沉積。進(jìn)而，采用schwarzites碳作為載體得到的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料應(yīng)用于負(fù)極片中時(shí)，可以有效緩解其在輥壓過程中的破碎問題，同時(shí)在充放電過程中能夠更好的抑制硅顆粒的體積膨脹。

技術(shù)特征：

1.一種schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，所述ztc結(jié)構(gòu)的分子篩選自沸石lta型分子篩、沸石fau型分子篩或沸石emt型分子篩中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，所述ztc結(jié)構(gòu)的分子篩的d50為5μm-20μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，在保護(hù)氣氛和氣相碳源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，通過堿洗或水洗去除所述分子篩-碳復(fù)合材料中的模板，溫度為50℃-150℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，在保護(hù)氣氛和氣相硅源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積的方式將所述硅碳復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆，其中，化學(xué)氣相沉積的步驟滿足以下條件中的至少一種：

8.一種如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法制成的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料。

9.一種采用如權(quán)利要求8所述的schwarzites碳負(fù)載納米硅材料制備得到的負(fù)極片。

10.一種采用如權(quán)利要求9所述的負(fù)極片制備得到的二次電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種Schwarzites碳負(fù)載納米硅材料及其制備方法與應(yīng)用，所述Schwarzites碳負(fù)載納米硅材料的制備方法包括：以ZTC結(jié)構(gòu)的分子篩為模板，在保護(hù)氣氛和氣相碳源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到分子篩?碳復(fù)合材料；去除分子篩?碳復(fù)合材料中的模板，得到Schwarzites碳；以Schwarzites碳為載體，在保護(hù)氣氛和氣相硅源的條件下進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，得到硅碳復(fù)合材料；將硅碳復(fù)合材料進(jìn)行碳包覆，得到Schwarzites碳負(fù)載納米硅材料。本發(fā)明制備方法得到的Schwarzites碳中SP<supgt;2</supgt;碳的含量高，具有優(yōu)異的柔韌性，進(jìn)而采用Schwarzites碳作為載體得到的Schwarzites碳負(fù)載納米硅材料應(yīng)用于負(fù)極片中時(shí)，可以有效緩解其在輥壓過程中的破碎問題，同時(shí)在充放電過程中能夠更好的抑制硅顆粒的體積膨脹。

技術(shù)研發(fā)人員：林寧,錢勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：甬江實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23