[发明专利]碳复合材料及其制备方法及电池

说明书

本发明涉及电池领域，具体公开了一种碳复合材料，其包括内核、包覆在内核外的中间层、以及包覆在中间层外的外层；内核为石墨，中间层为硅基材料或锡基材料，外层为多孔碳。上述碳复合材料，硅基材料或锡基材料位于石墨和多孔碳之间，从而可抑制材料粉化；多孔碳预留了足够的空间，可缓冲硅基材料或锡基材料自身膨胀产生的周期性应力，也避免了粉化；故而本发明具有良好的循环性能。另，外层的多孔碳可以有效的阻止硅基材料或锡基材料直接与电解液接触，降低了不可逆容量，同时多孔碳提升碳复合材料的导电性能；并且多孔碳由于其多孔性，还有利于锂离子的脱嵌。本发明还公开了一种碳复合材料的制备方法及电池。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种碳复合材料及其制备方法及电池。

背景技术

与传统地石墨负极材料相比，硅具有超高的理论比容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(＜0.5V)，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时不容易发生表面析锂行为，安全性能更好，因此成为电池的负极材料新的研究方向。

但是，由于硅是半导体材料，作为电池负极材料时，自身电导率较低，锂离子在充放电过程中的嵌入和脱出会使硅体积发生300％以上的膨胀和收缩，会使粉体材料结构逐渐坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，导致电池循环性能大大降低。

为改善硅材料的循环性能，提高循环稳定性，同时提高硅材料的导电性。通常将硅材料与碳材料复合化，因为碳材料具有较高的电子电导率和离子电导率，可显著改善硅基材料的倍率性能，抑制硅在循环过程中的体积效应以及改善硅基材料的导电性能。

但是，传统的复合材料的循环性能还有待提高。

发明内容

基于此，有必要针对现有的复合材料循环性能差的问题，提供一种循环性能高的碳复合材料。

一种碳复合材料，包括内核、包覆在所述内核外的中间层、以及包覆在所述中间层外的外层；所述内核为石墨，所述中间层为硅基材料或锡基材料，所述外层为多孔碳。

上述碳复合材料，硅基材料或锡基材料位于石墨和多孔碳之间，从而可以有效抑制硅基材料或锡基材料粉化；并且由于多孔碳的多孔性，其预留了足够的空间，缓冲硅基材料或锡基材料在循环过程中的自身膨胀产生的周期性应力，从而也避免了硅基材料或锡基材料粉化、塌陷，提高结构稳定性；故而本发明的碳复合材料具有良好的循环性能。另外，多孔碳位于碳复合材料的外层，可以有效的阻止硅基材料或锡基材料直接与电解液接触而发生氧化还原反应，有效降低了不可逆容量。其次，多孔碳具有良好的导电性能，从而可以有效提升碳复合材料的导电性能；并且多孔碳由于其多孔性，还有利于锂离子的脱嵌。

在其中一个实施例中，所述硅基材料为纳米硅纤维；所述锡基材料为纳米锡纤维。

在其中一个实施例中，所述石墨的平均粒径为5～40μm。

在其中一个实施例中，所述中间层的厚度为20～100nm。

在其中一个实施例中，所述外层的厚度为100～500nm。

在其中一个实施例中，所述碳复合材料的平均粒径为5～50μm。

在其中一个实施例中，以所述碳复合材料的质量为基准，所述石墨占 85～98wt％，所述中间层占1～10wt％，所述多孔碳占1～5wt％。

本发明还提供了一种上述碳复合材料的制备方法。

一种碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将硅基材料或锡基材料包覆到石墨粒子上，得到第一核壳材料；

将所述第一核壳材料与碳前驱体均匀分散于分散剂中，在160～180℃温度下，在0.15MPa～0.3MPa的压力下，反应3～6h，得到碳复合材料。