(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 202111570949.1 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 广东邦普循环科技有限公司 地址 528137 广东省佛山市三水区乐平镇 智信大道6号 申请人 湖南邦普循环科技有限公司 　 湖南邦普 汽车循环有限公司 (72)发明人 余海军　陈江东　谢英豪　徐加雷　 李长东　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 代理人 肖云 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01)H01M 4/583(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种硅碳材 料及其制备方法和应用 (57)摘要 本发明公开了一种硅碳材料及其制备方法 和应用。 一种硅碳材料， 包括内核以及包覆所述 内核的外壳， 所述内核为硅， 所述外壳为氮、 磷共 掺杂的多孔碳。 本发明的硅碳材料， 通过结构和 掺杂原子的设计， 能够显著提高硅碳材料的电导 率， 同时抑制其用作负极活性材料时， 充放电过 程中的体积变化； 最终提升所得硅碳材料的循环 性能。 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 CN 114373907 A 2022.04.19 CN 114373907 A 1.一种硅碳材料， 其特征在于， 包括内核以及包覆所述内核的外壳， 所述内核为硅， 所 述外壳为氮、 磷 共掺杂的多孔 碳。 2.根据权利要求1所述的硅碳材料， 其特征在于， 所述内核和外壳的质量比为1： 0.1～ 1； 优选地， 所述硅碳材 料的粒径为5～10 μm。 3.一种如权利要求1或2所述硅碳材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1.将硅和碳源混合研磨； 所述 碳源为包 含氮、 磷杂原子的MOF 材料； S2.将步骤S1所 得混合物煅烧后洗涤即得。 4.根据权利 要求3所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述MOF材料的制备方法包 括将锌盐、 含氮配 体和含磷配体湿法球磨。 5.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 所述锌盐包括氯化锌、 硫酸锌和硝酸 锌中的至少一种； 优选地， 所述锌盐、 含 磷配体和含氮配 体的摩尔比为1： (1～ 2)： (1～2)； 优选地， 所述湿法球磨的转速为3 00～400rpm； 优选地， 所述湿法球磨的时长为0.5～ 2h。 6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S1中， 所述硅和碳源的 质量比为1： (0.1～1)。 7.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述煅烧的恒温 温度为800～1000℃； 优选地， 步骤S2中， 所述煅烧的恒温时长为8～15h； 优选地， 所述煅烧 的升温速率 为2～7℃/mi n。 8.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤S2中， 所述洗涤包括酸 洗； 优选地， 所述酸洗的试剂包括盐酸、 硝酸和硫酸中的至少一种； 优选地， 所述酸洗的时长 为6～24h。 9.一种负极， 其特征在于， 制备原料包括权利要求1～2任一项所述的硅碳材料或权利 要求3～8任一项所述制备 方法制得的硅碳材 料。 10.一种二次电池， 其特 征在于， 制备原料包括权利要求9所述的负极。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114373907 A 2一种硅碳材料及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明属于二次电池技 术领域， 具体涉及一种硅碳材 料及其制备 方法和应用。 背景技术 [0002]锂离子电池(Lithium ‑ion batterys,LIBs)具有容量大、 重量轻、 寿命长等优点， 是一种重要的储能设备。 LIBs负极的选择有许多， 例如锂金属(Li)、 石墨、 硅、 硅碳复合材 料、 硒化锡(SnSex)、 四氧化三锰(Mn3O4)、 二硫化铼(ReS2)等。 其中， 锂金属负极具有理论容 量大、 密度低、 氧化还原电位低等优点， 得到了广泛的研究。 然而， 与其他种类的负极相比， 金属锂负极中锂枝晶问题更为严重， 而锂枝晶的生长会造成严重的安全问题， 这阻碍了金 属锂负极的实际应用。 此外， 现在工业上最常用的锂离子电池负极是石墨负极， 其原因是石 墨负极具有优良的导电性和长周期稳定性， 但其克比容量较低(约372mAh ·g‑1)， 无法满足 消费者对高能量密度和功率密度的要求。 [0003]硅是一种理论容量高(4200mAh ·g‑1)、 资源丰富、 价格低廉的LIBs负极材料， 几乎 不存在锂枝晶问题。 然而， 在充放电过程中硅材料的体积变化大(约为300％)， 这会导致其 的粉碎， 同时， 硅负极的电导 率较差， 上述问题均严重阻碍其实际应用。 [0004]为了解决硅负极现存的问题， 开发新型硅基负极材料是关键举措。 其中， 将硅和碳 复合形成硅碳材料， 可有效提升硅负极的电导率， 同时缓解其体积 变化带来的不利影响。 但 是现有的硅碳负极仍具有循环性能差的问题。 发明内容 [0005]本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。 为此， 本发明提出一 种硅碳材料， 通过结构和掺杂原子的设计， 能够显著 提高硅碳材料的电导率， 同时抑制其用 作负极活性材 料时， 充放电过程中的体积变化； 最终提升所 得硅碳材 料的循环性能。 [0006]本发明还提出一种上述硅碳材 料的制备 方法。 [0007]本发明还提出 上述硅碳材 料的应用。 [0008]根据本发明的一个方面， 提出了一种硅碳材料， 包括内核以及包覆所述内核的外 壳， 所述内核为硅， 所述外壳为氮、 磷共掺杂的多孔碳根据本发明的一种优选的实施方式， 至少具有以下有益效果： [0009](1)外壳中的氮、 磷掺杂原子可以和内核中的硅形成Si ‑N、 Si‑P等强化学键， 可以 增强外壳和内核之间的相互作用力， 进而缓解上述硅碳材料在充放电过程中的体积变化， 更能缓解由于内核硅体积变化带来的硅碳材料粉化， 最终可以提升硅碳材料的电化学性 能， 特别是循环性能。 [0010](2)硅碳材料中， 氮掺杂促进了电子的转移， 磷是电子给体， 两者结合后， 可调节硅 碳材料中的电子结构， 进而提升其电子导电性； 综上， 采用氮、 磷共掺杂的硅碳负极材料是 构建高容量和电化学性能的有效策略， 各组分之间的协同作用有助于获得 理想的电化学活 性。说　明　书 1/8 页 3 CN 114373907 A 3