(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211344666.X (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 河南佰利新能源材 料有限公司 地址 454150 河南省焦作市中站区冯封街 道经四路与雪莲路交叉口北20 0米 申请人 河南中炭新材 料科技有限公司 (72)发明人 贾亚鹏　闫明　豆君　张毅　 王亚州　孙跃　许建飞　郭飞飞　 赵波　郭宗源　靳亮　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 专利代理师 王宏 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01)H01M 4/587(2010.01) H01M 4/04(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 硅碳复合材 料及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明涉及锂离子电池技术领域， 具体而 言， 涉及硅碳复合材料及其制备方法和应用。 硅 碳复合材料的制备方法包括： 液态碳源、 单晶硅 和造孔剂混合均匀 后进行喷雾干燥造粒， 得到球 形混合料； 球形混合料经过高温碳化处理后， 得 到碳包覆硅的多孔材料； 碳包覆硅的多孔材料浸 入氢氟酸中， 反应后固液分离， 得到刻蚀后的碳 包覆硅的多孔材料； 将含有导电剂和高分子化合 物的纺丝 液进行纺丝， 得到纤维纺丝； 纤维纺丝、 刻蚀后的碳包覆硅的多孔材料和有机溶剂混合 均匀后喷雾干燥， 得到硅碳复合材料。 采用上述 制备方法制得的硅碳复合材料导电性能好， 比容 量高， 首效高， 且循环稳定性能好。 权利要求书1页 说明书8页 CN 115548321 A 2022.12.30 CN 115548321 A 1.硅碳复合材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： (a)、 液态碳源、 单晶硅和造孔剂混合均匀后进行喷雾干燥造粒， 得到球形混合料； 所述 球形混合料 经过高温碳 化处理后， 得到碳包覆硅的多孔材 料； (b)、 所述碳包覆硅的多孔材料浸入氢氟酸中， 反应后固液分离， 得到刻蚀后的碳包覆 硅的多孔材 料； (c)、 将含有导电剂和高分子化合物的纺丝液进行纺丝， 得到纤维纺丝； 所述纤维纺丝、 所述刻蚀后的碳包覆硅的多孔材 料和有机溶剂混合均匀后喷雾 干燥， 得到 硅碳复合材 料。 2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(a)中， 所述液态 碳源包括聚氨酯和/或聚乙烯； 优选地， 所述单晶硅的粒径为5 0～200nm； 优选地， 所述造孔剂包括玉米淀粉、 稻壳粉、 聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球中 的至少一种； 优选地， 所述液态碳源、 所述单晶硅和所述造孔剂的质量比为20～80： 10 0： 5～20。 3.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(a)中， 所述喷雾 干燥的进口温度为180～ 290℃， 出口温度为75～1 10℃； 优选地， 所述喷雾 干燥的过程中， 雾化盘的转速为120 00～25000rpm； 优选地， 所述球形混合料的粒径为1～ 20 μm。 4.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(a)中， 所述高温 碳化处理的温度为6 00～1000℃， 所述高温碳 化处理的保温时间为0.5～5 h； 优选地， 所述高温碳 化处理在惰性气氛中进行。 5.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(b)中， 所述氢氟 酸的质量分数为2％～4％； 优选地， 所述反应的时间为3 0～60min。 6.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(c)中， 所述导电 剂包括导电炭黑、 导电石墨、 碳纤维和碳纳米管中的至少一种； 优选地， 所述高分子化 合物包括聚乙烯吡咯烷酮、 丁苯橡胶和聚乙二醇中的至少一种； 优选地， 所述 导电剂和所述高分子化 合物的质量比为10： 5～10； 优选地， 所述纺丝的电压为10～50kV， 接收距离为10～20cm， 芯液流速为0.1～0.3mm/ min， 鞘液流速为0.1～0.3m m/min。 7.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(c)中， 所述有机 溶剂包括 N‑甲基吡咯烷酮、 N,N ‑二甲基甲酰胺、 四氯化 碳和苯中的至少一种； 优选地， 所述纤维纺丝的质量、 所述刻蚀后的碳包覆硅的多孔材料的质量和所述有机 溶剂的体积之比为2 ～5g： 10g： 3 0～100mL。 8.根据权利要求1所述的硅碳复合材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(c)中， 所述喷雾 干燥的进口温度为180～ 290℃， 出口温度为75～1 10℃； 优选地， 步骤(c)中， 所述喷雾 干燥的雾化盘的转速为120 00～25000rpm。 9.如权利要求1～8任一项所述的硅碳复合材 料的制备 方法所制得的硅碳复合材 料。 10.锂离子电池， 包括由如权利要求9所述的硅碳复合材 料制得的负极。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548321 A 2硅碳复合材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池技术领域， 具体而言， 涉及硅碳复合材料及其制 备方法和 应用； 更具体地， 涉及硅碳复合材 料及其制备 方法、 锂离 子电池。 背景技术 [0002]近年来， 锂离子电池因比能量大、 工作电压高、 自放电能力小、 无记忆效应以及绿 色环保等优点在新能源领域成为研究热点。 目前， 在商业领域大规模应用的是人造石墨负 极材料。 人造石墨具有原料来源广泛、 价格低廉、 循环效率高和导电性好等优点， 但是， 其理 论比容量偏低(只有372mAh/g)， 倍率性能差， 不适应大电流充放电， 不能很好应用的动力电 池上。 针对这一缺点， 研发人员把目光转移到了硅基材料。 硅基材料是目前发现比容量最高 的负极材料。 正常情况下， 硅负极的首次脱锂容量能达到3000mAh/g， 大约是人造石墨的十 倍。 因此， 硅基材料研发具有十 分重要的意义。 但是硅基材料存在如下问题： 首先是其在嵌/ 脱锂过程中体积膨胀严重， 导致可逆性能很差， 容量在循环过程中衰减很快。 在此过程中， 硅基材料内部的结构遭到破坏， 导致稳定性和循环能力变差。 其次， 硅是半导体材料， 导电 性能差， 不利于锂离 子的快速 迁移。 [0003]针对人造石墨理论比容量偏低以及硅基材料体积膨胀严重、 导电性能差等问题， 可以把人造石墨和硅基材料有机的结合起来。 石墨良好的结构稳定性以及硅高的理论比容 量， Si/C负极材料结合两者的优点更加具有很好的应用前景。 目前生产上较为普遍的改善 方法是将硅材 料与碳材 料复合成为硅碳负极材 料。 [0004]但是， 现有方法获得的硅基负极材料在实际应用时， 孔结构常不足以缓解硅材料 的膨胀， 且硅与碳材 料接触不 牢靠， 硅的膨胀导 致了差的导电性及循环稳定性 等问题。 [0005]有鉴于此， 特提出本发明。 发明内容 [0006]本发明的第一目的在于提供一种硅碳复合材料的制备方法， 通过采用液态碳源对 单晶硅进 行包覆， 避免了硅与碳材料接触不牢靠的问题； 通过引入造孔剂， 并使用氢氟酸进 行刻蚀， 采用两次制孔的手段， 再将导电剂引入孔洞结构中， 形成了快速传递锂离子的网络 结构， 实现了锂离子在官能团上快速扩散跃迁， 减少 了负极界面固态电解质膜膨胀破裂的 发生和锂离 子消耗。 [0007]本发明的第二目的在于提供一种硅碳复合材料， 该硅碳复合材料具有导电性能 好， 比容量高， 首效高以及循环稳定性能好 等优点。 [0008]本发明的第三目的在于提供一种锂离 子电池。 [0009]为了实现本发明的上述目的， 特采用以下技 术方案： [0010]第一方面， 本发明提供了一种硅碳复合材 料的制备 方法， 包括如下步骤： [0011](a)、 液态碳源、 单晶硅和造孔剂混合均匀后进行喷雾干燥造粒， 得到球形(还包括 类球形)混合料。说　明　书 1/8 页 3 CN 115548321 A 3