(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 202211123290.X (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 无锡硅纳新材 料科技有限公司 地址 214400 江苏省无锡市江阴市东外环 路9号F座10 01-33 (72)发明人 王建平　周凯　 (74)专利代理 机构 石家庄嘉宏 智信知识产权代 理有限公司 1316 0 专利代理师 张小林 (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 一种锂电池硅碳负极材 料的制备方法 (57)摘要 本发明涉及电池 材料领域， 尤其涉及一种锂 电池硅碳负极材料的制备方法， 其包括： S1: 采用 烷氧基硅烷偶联剂对纳米硅材料进行表面修饰 的预处理； S2:使用聚合物单体在经表面修饰的 纳米硅材料表面进行原位聚合， 得到 前驱体； S3: 将前驱体在惰性气氛保护下碳化处理， 得到硅碳 复合材料。 烷氧基硅烷偶联剂在纳米硅材料与聚 合物单体的界面间起搭桥作用， 可保证聚合物单 体在纳米硅材料颗粒表面均匀聚合， 碳化后可得 到结构、 颗粒大小、 组成等均一性良好的硅碳复 合材料。 由于聚合物单体的原位聚合， 热解碳能 更好地缓解硅因体积膨胀产生的机械应力， 减少 负极材料粉化和崩塌的现象， 提高负极材料的导 电性， 改善负极材料与集流体间的电接触， 提高 电池的循环稳定性。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115394990 A 2022.11.25 CN 115394990 A 1.一种锂电池硅碳负极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括： S1:采用烷氧基硅烷偶联剂对纳米硅材 料进行表面 修饰的预处 理； S2:使用聚合物单体在经表面修饰的纳米硅材料表面进行原位聚合， 得到硅碳复合材 料前驱体； S3:将所述硅碳复合材 料前驱体在惰性气氛保护下碳 化处理， 得到硅碳复合材 料。 2.根据权利要求1所述的一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S1 中， 将烷氧基硅烷偶联剂与纳米硅材料按照质量比1:9～99在溶剂中混合， 所述溶剂为质子 溶剂。 3.根据权利要求1所述的一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S1 中， 所述烷氧基硅烷偶联剂选自乙烯基三(2 ‑甲氧基乙氧基)硅烷、 乙烯基三乙氧基硅烷及 乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或几种的组合。 4.根据权利要求1所述的一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中， 所述纳米硅材 料与聚合物单体的质量比1:1～ 20。 5.根据权利要求1所述的一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S2 中， 所述聚合物单体为苯胺、 吡咯、 丙烯腈中的一种或几种的混合。 6.根据权利要求1所述的一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤S3 中， 硅碳复合材料前驱体是在氩气气氛下碳化处理， 升温速率1～10℃/ min， 碳化 温度600～ 1000℃、 保温时间为5～15 h， 冷却后制得硅碳复合材 料。 7.一种锂电池硅碳负极材料的制备方法， 其采用权利要求1 ‑6任一项所述的制备方法 制备而成。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115394990 A 2一种锂电池硅碳负极材料的制备方 法 技术领域 [0001]本发明属于电极材 料制备领域， 尤其是一种锂电池硅碳负极材 料的制备 方法。 背景技术 [0002]随着电子设备向小型化、 智能化和多功能领域发展， 需要锂电池具有更小的体积 和更高的输出功 率， 同时电动汽车的开发 需要更大容量、 更低成本、 更高安全性和稳定性的 电池。 锂离子电池的性能主要取决于正负极材料， 而发展更高能量密度的负极材料是当前 的研究重点之一。 [0003]硅基负极材料因具有高的理论容量(4200mAh  g‑1)和较合适的脱 ‑ 嵌锂电位(< 0.5V)， 成为最有希望的高容量负极材料。 但是， 硅材料在脱/嵌锂过程中， 存在着较大的体 积膨胀(体积膨胀 100％～300％)， 这种结构上的膨胀收缩变化破坏了电极结构的稳定性， 导致硅颗粒破裂粉化， 造成电极材料结构的坍塌和剥落， 使电极材料失去电接触， 最 终导致 负极的比容量迅速衰减， 使锂电池循环性能变差。 2009年， 荷兰的 《能源》 (J  Power  Sources， 2009， 第189卷， 762页)杂志上报道了硅与碳材料复合， 可有效避免Si在充放电过 程中的体积膨胀效应， 并且碳材料可以提高Si的导电性， 改善电极活性物质与集流体的电 接触， 提高  Si的循环稳定性。 [0004]目前， 人们常采用两步法制备Si/C复合纳米材料， 即先将Si纳米颗粒分散到有机 碳源溶液获得前驱体， 随后高温热解碳化获得Si/C复合纳米材料， 此种方法制备复合材料 的缺点是无法控制复合材料的结构、 颗粒大小以及组成， 难以保证材料的均一性， 从而影响 复合负极材料性能的稳定性。 有机碳源通常为葡萄糖、 蔗糖、 柠檬酸等， 为了增加硅材料相 对有机碳源分散的均匀性， 还可能会借助一些表面活性剂(如中国专利CN107204445A、 CN107359317A)， 表面活性剂通常聚乙二醇、 聚丙烯酰胺、 硬脂酸、 十二烷基硫酸钠、 六偏磷 酸钠、 十六烷基三甲基溴化铵、 乙氧基 ‑丙氧基形成的两性三嵌段聚合物等。 表面活性剂是 利用分子一端为亲水基团、 另一端为疏水基团的特点包裹在悬浮液中颗粒物的表面达到增 加颗粒物分散度和分散稳定性。 [0005]该方法中， 需将纳米硅粉材料分散在有机溶剂中(用到有机溶剂)， 且表面活性剂 主要是使悬浮液中颗粒物与颗粒物分开以提高分散度， 对有机碳源与硅材料之 间不起到特 异性地相结合及连接作用， 且表面活性剂还会引入硅碳以外的杂质元素。 因而， 该方法制备 的Si/C复合材料的结构、 颗粒 大小、 Si(C)的比例组成等方面的均一 性仍显不足。 发明内容 [0006](一)要解决的技 术问题 [0007]为了解决现有技术的上述问题， 本发明提供一种锂电池硅碳负极材料的制备方 法， 该方法通过加入烷氧基硅烷偶联剂， 一方面可在硅材料与高聚物以化学键结合的方式 起到桥接作用， 提高Si/C复合材料结构、 颗粒大小、 组成等均一性； 另一方面， 引入硅碳之外 的其他杂质元 素， 有利于获得良好电化学性能的硅碳负极材 料。说　明　书 1/7 页 3 CN 115394990 A 3