(19)中华 人民共和国 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 202111579750.5 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 博路天成新能源科技有限公司 地址 053300 河北省衡水市武强县 工业区 (72)发明人 弓景耀　李轶　 (74)专利代理 机构 河北捷风专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 13167 代理人 安文龙 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/485(2010.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) D01D 5/34(2006.01) (54)发明名称 一种新型碳硅负极材 料的制备方法 (57)摘要 本发明涉及负极材料技术领域， 提出了一种 新型碳硅负极材料的制备方法， 包括以下步骤： S1、 将硅烷偶联剂、 锂盐、 碳源、 表面活性剂、 聚丙 烯腈与溶剂混合搅拌， 制备内轴纺丝 液； S2、 将金 属盐溶液与聚乙烯吡咯烷酮 搅拌， 制备外轴纺丝 液； S3、 对所述内轴纺丝液和所述外轴纺丝液进 行纺丝制备得到前驱体； S4、 将所述前驱体在惰 性气氛或还原性气氛中烧结， 形成所述碳硅负极 材料。 通过上述技术方案， 解决了现有技术中的 充放电效率 不高， 循环性能较 差的问题。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 114284479 A 2022.04.05 CN 114284479 A 1.一种新型碳硅负极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 将硅烷偶联剂、 锂盐、 碳源、 表面活性剂、 聚丙烯腈与溶剂混合搅拌， 制备内轴纺丝 液； S2、 将金属盐溶 液与聚乙烯吡咯烷酮搅拌， 制备外轴纺丝液； S3、 对所述内轴纺丝液和所述外轴纺丝液进行 纺丝制备 得到前驱体； S4、 将所述前驱体在惰性气氛或还原性气氛中烧结， 形成所述 碳硅负极材 料。 2.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述硅烷偶 联剂为氨基硅烷、 环氧基硅烷、 硫基硅烷、 甲基丙烯酰氧基硅烷、 乙烯基硅烷、 脲基硅烷、 异 氰酸酯基硅烷、 正硅酸乙酯中的一种或多种。 3.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述锂盐为 醋酸锂和/或氢 氧化锂， 所述有机碳源为聚乙二醇、 酚醛树脂、 环氧树脂中的一种或多种。 4.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述表面活 性剂为十六烷基溴化铵、 十八烷基三甲基溴化铵、 硬脂基三甲基溴化铵中的一种或多种。 5.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤S1 中溶剂为水、 二甲基甲酰胺、 异丙醇、 冰醋酸、 无 水乙醇中的一种或多种。 6.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤S1 中硅烷偶联剂、 锂盐、 碳源、 表面活性剂、 聚丙烯腈与溶剂的质量体积比为(5～20ml)： (0.l ～1g)： (0.l～1g)： (0.l～1g)： (0.l～1g)： (10 0ml～500ml)。 7.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中金属盐溶 液所用溶剂为水、 异丙醇、 酒精中的一种。 8.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 金属盐为异丙醇铝、 钛 酸丁酯、 醋酸锌中的一种。 9.根据权利要求7所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤S2 中， 金属盐与溶剂和聚乙烯吡咯烷酮的质量体积比为(5～20ml):(100～500ml):(0.5～ 2g)。 10.根据权利要求1所述的一种新型碳硅负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤 S4中， 烧结温度为6 00℃～900℃， 时间6 0min～180mi n。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114284479 A 2一种新型碳硅负极材料的制备方 法 技术领域 [0001]本发明涉及负极材 料技术领域， 具体的， 涉及一种新型碳硅负极材 料的制备 方法。 背景技术 [0002]随着在实际应用中新能源汽车对续航里程要求的不断提高， 动力电池相关材料也 向着提供更高能量密度的方向发展。 传统锂离子电池的石墨负极已经无法满足现有需求， 高能量密度负极材 料成为研究追逐的新热点。 [0003]硅基材料负极由于丰富的储量和超高的理论比容量(38 40mAh/g)正逐渐成为电池 企业和锂电材料改善负极的最优先选择， 是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。 但是， 硅材料作为电池负极材料存在较为明显的缺点： 第一， 在充放电过程中会引起硅体积 膨胀100％～300％， 巨大的体积效应使得SEI膜不断遭到破坏， 锂离子电池的容量不断降 低， 循环衰减严重， 导致寿命降低； 第二， 硅为半导体， 导电性比石墨差很多， 导致锂离子脱 嵌过程中不可逆程度大， 进一步降低了其首次库伦效率， 硅基材料嵌锂后形成Li22Si5合金 相， 在脱/嵌锂过程中存在严重的体积膨胀(高达300％)， 易导致活性物质产生裂纹甚至粉 化， 破坏活性物质之间及其与集流体的电接触， 循环寿命大大缩减。 与单质硅相比， 硅氧化 物在循环过程中显示出小的体积 变化， 并且在第一次锂化过程中原 位产生的氧化锂和硅酸 锂等副产物可以缓冲体积变化并改善循环的稳定性。 然而， SiOx基负极材料在第一次循环 中SiO会不 可逆的消耗Li+生成Li2O和硅酸锂盐， 导致硅氧化物的初始库仑效率(首次库伦效 率)相对较低。 [0004]碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小， 具有较好的循环稳定性能， 而且碳 质负极材料本身是离子与电子的混合导体； 另外， 硅与碳化学性质相 近， 二者能紧密结合， 因此碳常用作与硅复合的首选基质。 在Si/C复合体系中， Si颗粒作为活性物质， 提供储锂容 量； C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化， 又能改善Si质材料的导电性， 还能避免Si 颗粒在充放电循环中发生团聚。 因此Si/C复合材料综合了二者的优点， 表现出高比容量和 较长循环寿命， 有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。 目前硅碳负极包覆方法一 般将硅粉与固态碳源加入混合机中混合， 将含包覆层的混合物在惰性气氛下进行焙烧， 以 得到碳包覆的硅基复合材料， 再将其与石墨材料进行混合得到硅碳负极材料， 这种包覆方 法制备得到的硅碳负极材 料的首次充放电效率 不高， 循环性能较差 。 发明内容 [0005]本发明提出一种新型碳硅负极材 料的制备 方法， 解决了相关技 术中的上述问题。 [0006]本发明的技 术方案如下： [0007]一种新型碳硅负极材 料的制备 方法， 包括以下步骤： [0008]S1、 将硅烷偶联剂、 锂盐、 碳源、 表面活性剂、 聚丙烯腈与溶剂混合搅拌， 制备内轴 纺丝液； [0009]S2、 将金属盐溶 液与聚乙烯吡咯烷酮搅拌， 制备外轴纺丝液；说　明　书 1/4 页 3 CN 114284479 A 3