本申請涉及材料，具體涉及一種多孔硅碳材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、石墨負極最高理論容量為372mah/g，現(xiàn)在石墨材料作為鋰電池負極，已經(jīng)接近其容量極限，未來很難再有更大的提升。硅材料最高理論容量為4200mah/g，遠高于石墨，而成為炙手可熱的電池負極新材料。但硅材料存在首效(即首次效率)低、體積膨脹大、循環(huán)倍率性能差等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本申請的目的在于提供一種多孔硅碳材料及其制備方法與應(yīng)用。

2、為了達到上述目的，第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N多孔硅碳材料，其包括多孔硅碳內(nèi)核以及設(shè)于所述多孔碳基內(nèi)核表面的碳包覆層，所述碳包覆層摻雜有納米金剛石(nd)。

3、在一些實施例中，所述多孔硅碳材料滿足：4.3×10-5≤x/bet≤9.5×10-5；

4、其中，x為所述納米金剛石摩爾量與所述多孔硅碳內(nèi)核摩爾量的比值；

5、bet?m2/g為所述多孔硅碳內(nèi)核的比表面積。

6、在一些實施例中，所述多孔硅碳材料滿足：z/bet<0.06；

7、其中，z?nm為所述納米金剛石的粒徑dv50；

8、bet?m2/g為所述多孔硅碳內(nèi)核的比表面積。

9、在一些實施例中，所述多孔硅碳材料滿足以下條件中的至少一條：

10、s1.x＝0.015～0.05，其中，x為所述納米金剛石摩爾量與所述多孔硅碳內(nèi)核摩爾量的比值；

11、s2.bet＝400～1000m2/g，其中，bet?m2/g為所述多孔硅碳內(nèi)核的比表面積；

12、s3.z＝10～25nm，其中，z?nm為所述納米金剛石的粒徑dv50。

13、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N所述多孔硅碳材料的制備方法，其包括以下步驟：

14、將納米金剛石和液相有機包覆劑的混合物與多孔硅碳內(nèi)核原料混合后進行第一次分散，再在惰性氣氛中進行第一次煅燒，得到所述多孔硅碳材料。

15、優(yōu)選地，還包括以下步驟：將所述多孔硅碳材料與刻蝕溶液混合后進行第二次分散，固液分離，收集固體進行洗滌和干燥，其中，所述刻蝕溶液為堿性溶液。

16、優(yōu)選地，所述多孔硅碳材料的制備方法滿足以下條件中的至少一條：

17、s4.所述納米金剛石和液相有機包覆劑的混合物中納米金剛石與液相有機包覆劑總摩爾量為所述多孔硅碳內(nèi)核原料摩爾量的8％～20％；

18、s5.所述納米金剛石和液相有機包覆劑的混合物中，納米金剛石和液相有機包覆劑的摩爾比為(0.2～1.2):1；

19、s6.所述納米金剛石和液相有機包覆劑的混合物中的液相有機包覆劑包括雜環(huán)芳香烴、酮類、烴類、樹脂和瀝青中的至少一種；

20、s7.所述納米金剛石和液相有機包覆劑的混合物中的液相有機包覆劑的殘?zhí)恐禐?0％～30％；

21、s8.所述第一次煅燒的溫度為300～400℃，所述第一次煅燒的時間為4～5h；

22、s9.所述刻蝕溶液中堿性物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為5％～10％；

23、s10.所述多孔硅碳材料與所述刻蝕溶液的比例為5g：(150～200)ml；

24、s11.所述刻蝕溶液中的堿性物質(zhì)為氫氧化物，氫氧化物包括氫氧化鉀和氫氧化鈉中的至少一種；

25、s12.所述第二次分散的工藝參數(shù)如下：溫度75～85℃，轉(zhuǎn)速200～300rpm，時間20～24h。

26、優(yōu)選地，所述多孔硅碳內(nèi)核原料的制備方法包括以下步驟：

27、將碳源在惰性氣氛中碳化，篩分，得到第一碳材料；

28、將所得第一碳材料與造孔劑混合分散，煅燒，得到第二多孔碳材料；

29、將所得第二多孔碳材料進行純化處理，得到第三多孔碳材料；

30、利用保護氣體和硅源氣體的混合氣體在所得第三多孔碳材料上沉積硅，得到所述多孔硅碳內(nèi)核原料；

31、所述碳源包括生物質(zhì)碳源和樹脂類碳源中的至少一種，生物質(zhì)碳源包括椰子殼、稻殼和桔梗中的至少一種，樹脂類碳源包括酚醛樹脂基碳源和環(huán)氧樹脂基碳源中的至少一種；

32、制備所述第一碳材料過程中，碳化溫度為570～30℃，碳化時間為4～8h，所述第一碳材料的粒徑dv50為10～14μm；

33、利用所述第一碳材料制備所述第二多孔碳材料過程中，所述造孔劑包括堿性溶液，第一碳材料與堿性溶液中堿性物質(zhì)的摩爾比為(4-5):(2-3)，堿性溶液中的堿性物質(zhì)濃度為0.05～0.08mol/l，堿性溶液中堿性物質(zhì)包括氫氧化鈉和氫氧化鉀，氫氧化鈉和氫氧化鉀的質(zhì)量比為(0.95～1.05):(0.95～1.05)，煅燒溫度為750～800℃，煅燒時間為1～2h；

34、將所述第二多孔碳材料進行純化處理的步驟包括：將所述第二多孔碳材料先酸洗，再水洗至中性，然后煅燒，煅燒溫度為500～600℃，煅燒時間為3～4h；

35、利用所述第三多孔碳材料制備所述多孔硅碳內(nèi)核原料過程中，所述第三多孔碳材料與硅源氣體的摩爾比為(4～4.3):1，硅源氣體的流量為1～2m3/h，沉積溫度為400～600℃，沉積時間為4～7h，硅源氣體包括四氫化硅和二氧化硅中的至少一種。

36、第三方面，本申請?zhí)峁┝艘环N電池，其包括正極極片和負極極片，其中所述負極極片包括負極集流體和負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層包含所述多孔硅碳材料。

37、第四方面，本申請還提供了一種用電設(shè)備，所述用電設(shè)備包括所述電池。

38、相比現(xiàn)有技術(shù)，本申請的有益效果在于：本申請通過在多孔硅碳內(nèi)核表面的碳包覆層中摻雜納米金剛石，以利用納米金剛石改善電池的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性、首效、溫度系數(shù)等，同時將納米金剛石摻雜在碳包覆層中能夠緩解納米金剛石與電解液的溶解行為。

技術(shù)特征：

1.一種多孔硅碳材料，其特征在于，包括多孔硅碳內(nèi)核以及設(shè)于所述多孔碳基內(nèi)核表面的碳包覆層，所述碳包覆層摻雜有納米金剛石。

2.如權(quán)利要求1所述的多孔硅碳材料，其特征在于，滿足：4.3×10-5≤x/bet≤9.5×10-5；

3.如權(quán)利要求1所述的多孔硅碳材料，其特征在于，滿足：z/bet<0.06；

4.如權(quán)利要求1所述的多孔硅碳材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少一條：

5.一種如權(quán)利要求1所述的多孔硅碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的多孔硅碳材料的制備方法，其特征在于，還包括以下步驟：將所述多孔硅碳材料與刻蝕溶液混合后進行第二次分散，固液分離，收集固體進行洗滌和干燥，其中，所述刻蝕溶液為堿性溶液。

7.如權(quán)利要求6所述的多孔硅碳材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的至少一條：

8.如權(quán)利要求5所述的多孔硅碳材料的制備方法，其特征在于，所述多孔硅碳內(nèi)核原料的制備方法包括以下步驟：

9.一種電池，其特征在于，包括正極極片和負極極片，其中所述負極極片包括負極集流體和負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層包含如權(quán)利要求1～8任一項所述的多孔硅碳材料。

10.一種用電設(shè)備，其特征在于，所述用電設(shè)備包括如權(quán)利要求9所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種多孔硅碳材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。本申請通過在多孔硅碳內(nèi)核表面的碳包覆層中摻雜納米金剛石，以利用納米金剛石改善電池的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性、首效、溫度系數(shù)等，同時還能夠緩解納米金剛石與電解液的溶解行為。

技術(shù)研發(fā)人員：陳楊柳,李紅霞,吳聲本,項海標
受保護的技術(shù)使用者：浙江鋰威能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30