(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 202211230478.4 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 福建蓝海黑石新材 料科技有限公司 地址 363000 福建省漳州市长泰区古农 农 场顺达路7号 (72)发明人 罗贺斌　赵晓东　王银水　罗贺珏　 (74)专利代理 机构 北京维正专利代理有限公司 11508 专利代理师 张瑞雪 (51)Int.Cl. H01M 4/13(2010.01) H01M 4/134(2010.01) H01M 4/139(2010.01) H01M 4/1395(2010.01) H01M 4/36(2006.01)H01M 4/38(2006.01) H01M 4/62(2006.01) B82Y 30/00(2011.01) B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种自支撑硅碳复合薄膜负极及其制备方 法 (57)摘要 本申请公开了一种自支撑硅碳复合薄膜负 极及其制备方法， 涉及锂离子电池的技术领域， 包括n层纳米片层和n ‑1层纳米颗粒层， 所述n为 ≥2的整数， 每层所述纳米颗粒层设置于两层所 述纳米片层之间； 所述纳米片层由二维导电材料 组成； 所述纳米颗粒层包括分散相和连续相； 所 述分散相为硅纳米颗粒； 所述连续相为碳材料。 本申请中的自支撑硅碳复合薄膜负极具有良好 的电化学性能以及循环稳定性。 权利要求书1页 说明书7页 附图6页 CN 115548253 A 2022.12.30 CN 115548253 A 1.一种自支撑硅碳复合薄膜负极， 其特征在于： 包括n层纳米片层和n ‑1层纳米颗粒层， 所述n为≥2的整数， 每层所述纳米颗粒层设置 于两层所述纳米片层之间； 所述纳米片层由二维导电材 料组成； 所述纳米颗粒层包括分散相和连续相； 所述分散相为硅纳米颗粒； 所述连续相为 碳材料。 2.根据权利要求1所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极， 其特征在于， 所述二维导电材 料选自石墨烯、 氧化石墨烯和MX enen中的一种或多种的混合物。 3.根据权利要求1所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极， 其特征在于， 所述硅纳米颗粒 的平均粒径为20 ‑300nm。 4.一种如权利要求1 ‑3任意一项所述的自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征 在于， 包括以下步骤； S1、 将所述二维导电材料分散于第一碳源溶液中， 得到悬浮液一； 将所述硅纳米颗粒分 散于第二碳源溶液中得到悬浮液二； S2、 将步骤S1获得的悬浮液一和悬浮液二交替地涂覆于流延板上， 第一层和最后一层 均为悬浮液一， 烘干获得初始薄膜； S3、 将步骤S2中得到的初始薄膜在惰性气体 的氛围下于800 ‑1200℃进行热处理1 ‑5h， 得到所述自支撑 硅碳复合薄膜负极材 料。 5.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述 第一碳源溶液选自羧甲基纤维素 溶液， 所述第一 碳源溶液浓度为0.1 ‑10wt%。 6.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述 二维导电材 料和第一 碳源溶液的重量比为1:1 ‑20。 7.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述 第二碳源 溶液中的碳源选自沥青粉、 酚醛树脂、 环氧树脂、 呋喃树脂和煤焦油中的一种或多 种的混合物， 所述第二 碳源溶液的浓度为0.1 ‑5wt%。 8.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述 硅纳米颗粒和所述第二 碳源溶液的重量比为1:5 ‑100。 9.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述 悬浮液一和悬浮液二交替 地涂覆于流延板上时， 每层涂膜的厚度为10 ‑100 μm。 10.根据权利要求4所述的一种自支撑硅碳复合薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所 述悬浮液一和悬浮液二交替 地涂覆于流延板上时， 每次涂覆后保持5 ‑30min。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548253 A 2一种自支撑硅碳复合薄膜负极及其制备方 法 技术领域 [0001]本申请涉及锂离子电池负极材料的技术领域， 尤其是涉及一种自支撑硅碳复合薄 膜负极及其制备 方法。 背景技术 [0002]高能量密度、 持久的循环稳定性的锂离子电池负极材料一直是科学界研究的热点 之一。 目前传统的石墨负极由于容量较低， 限制了锂离子电池的发展， 因此需要寻找新的替 代材料来代替传统的石墨负极材料。 而硅的理论比容量比石墨高出十倍， 并且具有低的工 作电位、 来源广等特点， 使得硅成为下一代锂离 子电池研究的焦点。 [0003]虽然硅负极材料在锂离子电池中的发展潜力巨大， 但是在目前的应用中还存在着 不少的挑战， 硅负极在脱锂和嵌锂的过程中， 会发生较大的体积膨胀， 从而容易导致硅负极 材料的开裂和破碎。 硅结构的破碎会导致硅材料和集流体之间的接触变差， 进而使得硅负 极材料的循环性能逐渐变差， 从而之约了硅负极材料在锂离子电池中的发展。 为了解决上 述的问题， 目前的研究中主要 是制备出硅的新型复合材料， 但是其具有制备工艺复杂、 成本 高、 使用强酸 强碱等， 不利于产业化， 因此制备出电学性能良好且循环稳定性好的硅负极材 料仍然存在研究的空间。 发明内容 [0004]第一方面， 本申请提供一种自支撑硅碳复合薄膜负极， 将硅纳米颗粒所形成的层 通过化学键连接于两层纳米片层之 间， 且纳米片层选自二 维碳基材料， 在这种层状结构中， 硅纳米颗粒化学键连接于二维碳基材料之间， 能够抑制 硅纳米颗粒 的位移和脱落， 从而提 高了电极的结构稳定性； 另外， 硅纳米颗粒发生体积膨胀和收缩时， 层状的二 维碳基材料之 间的间隙能够为硅纳米颗粒提供足够的膨胀空间， 并且随着硅纳米颗粒的体积变化而变 化， 因此能够有效的适应硅负极大的体积膨胀， 并减少电极发生 开裂的情况。 [0005]本申请采用如下的技 术方案： 一种自支撑硅碳复合薄膜负极， 包括n层纳 米片层和n ‑1层纳米颗粒层， 所述n为≥ 2的整数， 每层所述纳米颗粒层设置 于两层所述纳米片层之间； 所述纳米片层由二维导电材 料组成； 所述纳米颗粒层包括分散相和连续相； 所述分散相为硅纳米颗粒； 所述连续相为 碳材料。 [0006]通过采用上述技术方案， 硅纳米颗粒层位于纳米片层之间， 在该结构中不需要使 用传统的集流体和粘合剂， 通过简单 的流延法即可以得到所述的层状结构， 并且在这种自 支撑硅碳复合薄膜负极中， 通过化学连接将硅材料均匀 地锚定在纳米片 中间， 能够抑制 硅 纳米颗粒 的位移和脱落， 提高电极的结构稳定性； 层状的二维导电材料之间的间隙能够为 硅纳米颗粒提供足够的膨胀 空间， 并且随着硅纳米颗粒 的体积变化而变化， 得到的硅负极说　明　书 1/7 页 3 CN 115548253 A 3