(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 202211238038.3 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 无锡威孚环保催化剂有限公司 地址 214028 江苏省无锡市新吴区灵江路9 号4号楼 (72)发明人 谢煜　马浩　蒋颉　贾莉伟　 李新华　夏建超　 (74)专利代理 机构 无锡市大为专利商标事务所 (普通合伙) 32104 专利代理师 沈燕　曹祖良 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/587(2010.01) H01M 4/62(2006.01)H01M 10/0525(2010.01) B82Y 30/00(2011.01) B82Y 40/00(2011.01) C01B 33/027(2006.01) (54)发明名称 一种三维复合硅碳负极材 料的制备方法 (57)摘要 本发明提供一种三维复合硅碳负极材料的 制备方法， 包括以下步骤： S1.将炭黑活化， 得到 多孔炭黑； S2.将1 ‑10份膨胀石墨加入1 ‑300份的 去离子水中， 分散1 ‑5h得到悬浮液； S3.将悬浮液 中加入1‑40份多孔炭黑分散0.2‑1h得到分散 液， 之后将分散 液干燥， 得到复合结构碳； S4.将硅源 通过CVD分解沉积在复合结构碳上， 得到三维多 孔硅碳； S5.将三维多 孔硅碳和无定形碳 混合， 之 后碳化即得到三维 复合硅碳负极材料。 本发明的 三维复合硅碳负极材料的制备方法， 独特的三维 结构设计， 通过在多孔炭黑和石墨烯纳米片内部 沉积超薄纳米硅层， 并以多孔碳材料空间来缓解 硅造成的体积膨胀， 保证了材料的高储锂容量及 长循环稳定性。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115483385 A 2022.12.16 CN 115483385 A 1.一种三维复合硅碳负极材 料的制备 方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1.将炭黑物理 活化， 得到多孔炭黑； S2.将1‑10份膨胀石墨加入1 ‑300份的去离 子水中， 分散1 ‑5h得到悬浮液； S3.将悬浮液中加入1 ‑40份多孔炭黑分散0.2 ‑1h得到分散液， 之后将 分散液干燥， 得到 复合结构碳； S4.将硅源通过CVD分解并沉积在复合结构碳上， 得到三维多孔硅碳； S5.将三维多孔硅碳和无定形碳混合， 之后碳 化即得到三维复合硅碳负极材 料。 2.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S1中的炭 黑是通过 水蒸气或者 二氧化碳活化的， 活化温度为6 00‑900℃， 活化时间为1 ‑6h。 3.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S1中的炭 黑孔径为10 ‑150nm， D50＜25 μm， 比表面积为10 ‑100m2/g， 孔隙率 为10‑70%。 4.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S2中膨胀 石墨的膨胀倍 率为30‑120mL/g。 5.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S3 中的干 燥温度为10 0‑200℃， 干燥时间为0.5 ‑4h。 6.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S4中的硅 源为硅烷和氯硅烷的一种或多种。 7.如权利要求6所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 所述氯硅烷为 单氯硅烷、 二氯硅烷、 三氯硅烷和四氯硅烷的一种或多种。 8.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 所述步骤S4硅 源通过CVD分解并沉积在复合结构碳上具体工艺为： 将复合结构碳放置在回转炉中， 并通入 硅源和载气进行沉积， 控制沉积温度为400℃ ‑850℃， 沉积时间为0.1 ‑8h， 所述载气为氮气 或氩气。 9.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S5的无定 形碳为中温煤沥青、 高温煤沥青、 石油沥青、 煤焦油、 石油重质渣油、 重质芳香烃和中间相沥 青的一种或多种。 10.如权利要求1所述的三维复合硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于： 步骤S5的碳 化温度为80 0‑950℃， 碳化时间为0.5 ‑3h。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115483385 A 2一种三维复合硅碳负极材料的制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池技术领域， 尤其是一种三维复合硅碳负极材料的制备方 法。 背景技术 [0002]随着新能源技术的发展， 逐步摆脱对化石能源的依赖已成为共识， 电动汽车领域 及各类储能系统对高能量密度锂离子电池的需求也日益增加； 在众多负极材料当中， 硅有 着十倍于当前石墨负极的理论比容量及合适的嵌锂电位， 因而被视为极具应用前景的下一 代锂离子电池负极材料， 但硅基材料在充放电过程中往往伴 随着巨大 的体积膨胀， 导致材 料碎裂粉化， 与集流体失去电接触， 同时， 材料表面的SEI膜不断地破碎与再生消耗了大量 来自正极的活性锂， 严重影响了电池的循环稳定性及倍 率性能。 [0003]当前移动电子设备、 电动汽车等领域的快速发展对锂离子电池的性能提出了更高 的需求， 锂离子电池发展的短期目标需要将能量密度提高至300Wh/kg以上， 锂电池正极材 料容量短期 内难有重大 的突破， 但负极的容量尚有巨大 的提高潜力， 因此发展高容量的新 型负极材 料是进一步提高锂电池能量密度的必然选择。 [0004]硅具有极高的理论容量4200mAh/g， 超过现有商业石墨负极材料容量的10倍)和合 适的电化学锂化电位， 是最具前景 的下一代锂电池负极材料； 直接使用硅粉制成的电极存 在循环稳定性差的问题， 但近年来的研究表明， 颗粒尺寸在100nm以下的纳米硅结合电极的 整体结构设计以及合适的粘结剂可以有效改善硅的循环稳定性； 目前基于纳米硅的高容量 锂电负极得到学术界和产业界的高度关注。 [0005]中国专利CN  103682287A一种锂离子电池硅基复合负极材料、 制备方法及电池， 该 方法将5.0 ‑40.0 μm的硅颗粒通过机械研磨得到10 ‑500nm的纳米硅， 采用的湿法研磨， 如砂 磨机等； 这种制备纳米硅的工艺成本高、 收率低； 而且即使在有机溶剂中研磨， 所得纳米硅 也容易氧化； 之后与空心石墨复合喷雾造粒； 由于空心石墨是采用天然石墨、 人造石墨等机 械加工得到， 纳米硅很难均匀分散到空心石墨的间隙中； 而且掺杂更多的纳米硅， 空心石墨 的结构也承接不了； 纳米硅团聚， 难分散； 综上， 这种方法成本高、 工艺复杂； 也不利于产业 化； 中国专利CN  106207180A一种多孔空心石墨材料的制备方法， 该方法将石墨、 强碱、 碳源 高速搅拌混合， 之后还需要2800 ‑3000摄氏度的高温石墨化， 强碱腐 蚀性强， 高温石墨化周 期长、 成本高、 能耗高， 更不 适合产业化。 [0006]因此为解决以上问题， 需要低成本制 备纳米硅， 还需要一种多孔的碳材料来与纳 米硅复合， 来 解决高容 量硅碳复合材 料的长循环技 术瓶颈。 发明内容 [0007]本发明的目的是在于克服、 补充现有技术中存在的不足， 提供一种三维复合硅碳 负极材料 的制备方法， 通过将炭黑活化制备多孔炭黑， 多孔碳黑与膨胀石墨超声分散得到 二者复合的多孔结构材料， 炭黑提供多孔结构， 采用硅烷、 和/或 氯硅烷(如单氯、 二、 三和四说　明　书 1/6 页 3 CN 115483385 A 3