(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 202211230463.8 (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 赵晓东　王银水　罗贺斌　 (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 全万志 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种“行星-卫星 ”结构的硅碳负极材料及其 制备方法 (57)摘要 本申请公开了一种 “行星‑卫星”结构的硅碳 负极材料及其制备方法， 包括行星结构和卫星结 构， 所述卫星结构包覆于行星结构 的表面， 所述 卫星结构包括硅基材料以及包覆于硅基材料表 面的碳包覆层， 所述碳包覆层内壁和硅基材料表 面之间存在间隙。 本申请能够 有效地提高了硅碳 负极材料的循环稳定性和库伦效率， 并且易于产 业化。 权利要求书1页 说明书9页 附图5页 CN 115548305 A 2022.12.30 CN 115548305 A 1.一种“行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 其特征在于， 包括中间相微球和负载在所述 中间相微球外表面的纳米复合 微球； 所述中间相微球的平均粒径为5 ‑30 μm； 所述纳米复合微球的平均粒径为30 ‑250nm， 具有蛋黄 ‑蛋壳结构， 所述 蛋壳由碳材料组 成， 所述蛋黄由硅材 料组成。 2.根据权利要求1所述的一种 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 其特征在于， 所述中 间相微球选自碳 微球。 3.根据权利要求1所述的一种 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 其特征在于， 所述蛋 黄的平均粒径为20 ‑150nm。 4.根据权利要求1所述的一种 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 其特征在于， 所述硅 材料选自单晶硅或多晶硅 。 5.一种权利要求1 ‑4任意一项所述的 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料的制备方法， 其 特征在于， 包括以下步骤， S11、 将Si@SiO2纳米颗粒分散 到第一碳源溶液中， 获得 悬浮液一； S12、 在步骤S11的悬浮液一中加入所述中间相微球， 混合均匀， 烘干， 获得的混合粉末 在惰性气体氛围下于80 0‑1200℃进行热处理， 得到硅碳复合材 料； S13、 将步骤S12获得的硅碳复合材料粉碎、 过筛、 刻蚀、 清洗、 烘干， 获得所述 “行星‑卫 星”结构的硅碳负极材 料。 6.一种权利要求1 ‑4任意一项所述的 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料的制备方法， 其 特征在于， 包括以下步骤， S21、 将Si@C蛋黄 ‑蛋壳结构纳米颗粒分散 到第二碳源溶液中， 获得 悬浮液二； S22、 在步骤S21的悬浮液二中加入所述中间相微球， 混合均匀， 烘干， 获得的混合粉末 在惰性气体氛围下于80 0‑1200℃进行热处理， 得到硅碳复合材 料； S23、 将步骤S22获得的硅碳复合材料粉碎、 过筛、 清洗、 烘干， 获得所述 “行星‑卫星”结 构的硅碳负极材 料。 7.根据权利要求5或6所述的硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S11中所述第 一碳源溶液和步骤S21中所述第二碳源溶液中的碳源独自的选自酚醛树脂、 环氧树脂、 呋喃 树脂、 煤沥青、 煤焦油和聚多巴胺中的一种或多种的混合物。 8.根据权利要求5所述的硅碳负极材料， 其特征在于， 步骤S12中所述悬浮液一中Si@ SiO2纳米颗粒、 第一 碳源与所述中间相微球的重量比为1 ‑5:1‑5:1‑10。 9.根据权利要求5所述的一种 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料的制备方法， 其特征在 于， 步骤S13中所述刻蚀采用浓度3 ‑10wt%氢氟酸溶 液在室温下刻蚀0.5 ‑3小时。 10.根据权利要求6所述的硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S22中所述悬浮 液二中Si@C蛋黄 ‑蛋壳结构纳米颗粒、 第二碳源与所述中间相微球的重量比为1 ‑5:1‑5:1‑ 10。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115548305 A 2一种“行星‑卫星”结构的硅碳负极材料及其制备方 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 “行星‑卫星”结构 的硅碳负极材 料的制备 方法以及硅碳负极材 料。 背景技术 [0002]目前， 锂离子电池凭借其能量密度高、 无记忆效应、 自放电少等优点被广 泛地应用 于便携式电子产品、 电动汽车及智能机器人等领域。 然而， 随着科技的发展和需求的增长， 人们对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。 目前， 提升锂离子电池能量密度的关键 在于开发具有高容量的负极材料来代替传统的石墨负极。 在众多新开发的负极材料中， 硅 凭借其高的理论比容量(4200mAh  g‑1)、 低的工作电位(0.4V)、 以及丰富的矿产 资源， 被认 为是下一代高比能锂离 子电池最有希望的负极材 料。 [0003]然而， 硅在实际使用过程中还存在一些大的挑战， 比如大的体积膨胀和生成固体 电解质中间相(S EI)； 大的体积膨胀会导致硅颗粒的粉化及电极结构的开裂和增厚； 生成固 体电解质中间相， 是硅在循环过程中会与电解液发生副反应生成 固体电解质中间相并不断 的增厚， 从而消耗电解液， 并增 加电池的内阻， 导 致容量的快速 衰减。 [0004]为了解决硅负极存在的问题， 技术人员做了大量的研究， 相关技术中有表明， 纳 米 尺寸的硅材料， 如硅纳米颗粒、 硅纳米线、 硅纳米管等， 可以提高硅负极的结构稳定性和 循 环稳定性， 但是由于纳米尺寸具有大的比表面积， 容易与电解液发生严重的副反应， 导致 SEI的大量生成， 进而使得容量的快速衰减。 因此， 进一步的， 有研究通过将硅粉和碳材料进 行球磨混合后热解， 以缓解体积膨胀的现象， 并提高硅基材料的循环性能， 然而这种方法制 备工艺复杂且成本高昂， 以及循环性能改善不明显等缺陷， 因此硅负极材料仍然存在改进 的空间。 发明内容 [0005]第一方面， 本申请提供一种具有 “行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 行星结构 为中 间相微球， 卫星 结构为具有蛋壳 ‑蛋黄结构的Si@C结构， 卫星 结构通过化学键或化学键以及 范德华力牢固的结合在中间相微球外表面， 稳定性好。 蛋壳 ‑蛋黄结构的Si@C结构为硅材料 在使用过程中的膨胀提供足够的空间， 降低出现膨胀开裂的情况， 同时蛋壳 ‑蛋黄结构的 Si@C结构避免了硅纳米颗粒与电解液的直接接触， 抑制S EI的生长。 中间相微球之间的微米 级间隙能够为硅材料提供足够的膨胀空间， 因此能够提高电极在循环过程中的结构稳定性 并抑制电极水平的体积膨胀。 另外， 本发明的硅碳负极材料的独特 “行星‑卫星”结构， 使得 负极材料具有小的比表 面积和大的振实密度。 综上， 本发明的 “行星‑卫星”结构的硅碳负极 材料具有小的电极水平的体积膨胀及优异的电化学性能。 [0006]本申请采用如下的技 术方案： 一种“行星‑卫星”结构的硅碳负极材料， 包括中间相微球和负载在所述中间相微 球外表面的纳米复合 微球；说　明　书 1/9 页 3 CN 115548305 A 3