(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 202111626115.8 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 长沙矿冶研究院有限责任公司 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路966号 (72)发明人 罗磊　汤刚　彭青姣　罗列科　 杨乐之　涂飞跃　陈涛　何鲁华　 杨彩　覃事彪　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 专利代理师 段红玉 (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 一种高致密结构的硅碳复合负极材料及其 制备方法 (57)摘要 本发明提供了一种高致密结构的硅碳复合 负极材料及其制备方法， 硅碳复合负极材料包括 硅/石墨复合内核， 其包括多层片状石墨和纳米 硅， 片状石墨呈取向排列， 纳米硅位于片状石墨 之间， 形成三明治结构， 硅/石墨复合内核中各颗 粒的间隙中填充有碳材料； 硅/石墨复合内核外 包覆碳层。 制备方法包括以下步骤： 纳米硅和片 状石墨或片状石墨与其他碳材料的组合物分散 于溶剂中， 超声， 加入粘结剂， 混匀； 所得硅/石墨 浆液涂覆于高分子底材， 干燥， 得片层材料； 堆叠 后热压； 焙烧； 粉碎、 整形； 碳包覆处理； 解聚、 过 筛； 本发明材料致密度大、 强度高， 解决了硅碳负 极应用于电池中循环不佳和体积能量密度提升 受限的问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 114447294 A 2022.05.06 CN 114447294 A 1.一种高致密结构的硅碳复合负极材料， 其特征在于， 所述硅碳复合负极材料包括硅/ 石墨复合内核， 所述硅/石墨复合内核包括多层片 状石墨和纳米硅， 所述片 状石墨呈取向排 列， 所述纳米硅位于所述片状石墨之间， 并形成三明治结构， 所述硅/石墨复合内核中各颗 粒的间隙中填充有碳材料， 所述颗粒包括所述片状石墨和所述纳米硅； 所述硅/石墨复合内 核外包覆有碳层。 2.根据权利要求1所述的高致密结构的硅碳复合负极材料， 其特征在于， 所述硅碳复合 负极材料的压实密度在1.7g/ cm3以上， 粒子强度在140 MPa以上， 比表面积在3m2/g以下。 3.根据权利要求1或2所述的高致密结构的硅碳复合负极材料， 其特征在于， 所述片状 石墨的中值粒径 为1～15 μm， 所述纳米硅的中值粒径为 10～150nm； 所述硅/石墨复合内核的 中值粒径为7～15 μm。 4.一种高致密结构的硅碳复合负极材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)将纳米硅和片状石墨分散于溶剂中， 或将纳米硅、 片状石墨与其他碳材料的组合物 分散于溶剂中， 超声处 理后， 加入 粘结剂， 混合均匀， 得到 硅/石墨浆液； (2)将所述硅/石墨浆液通过流延法涂覆于高分子底材上， 干燥处理后， 得到带高分子 底材和硅 /石墨涂层的片层材 料； (3)将多个片层材 料堆叠， 得到 硅/石墨坯料； (4)将上述 步骤得到所述硅 /石墨坯料置 于烧结炉中进行焙烧， 得到 硅/石墨烧坯； (5)将所述硅 /石墨烧坯经粉碎、 整形， 得到 硅/石墨复合颗粒； (6)将所述硅 /石墨复合颗粒进行表面 碳包覆处 理； (7)将经步骤(6)所 得材料进行解聚和过筛， 得到 硅碳复合负极材 料。 5.根据权利 要求4所述的制备方法， 其特征在于， 在步骤(2)之后、 步骤(3)以前， 将所述 片层材料先进行辊压处 理， 得到辊压片层材 料后再进行堆叠 。 6.根据权利要求5所述的制备方法， 其特征在于， 所述辊压处理为采用对辊机进行辊压 处理， 所得辊压片层材 料的厚度为0.5～1m m。 7.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(3)中， 取多层片层材料堆叠后进 行热压处理， 得到硅/石墨坯料。 8.根据权利要求7所述的制备方法， 其特征在于， 取50～100层合适大小 的片层材料堆 叠， 于热压成型机进 行热压处理， 热压温度在150～200℃； 所述片层材料堆叠时高分子底材 一面均朝下或均朝上堆叠 。 9.根据权利要求4所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 超声处理后， 除加入粘结 剂外， 还加入表面活性剂； 所述表面活性剂为有机硅氧烷类流平剂或丙烯酸酯类流平剂， 所 述表面活性剂的添加量 为纳米硅和片状石墨总质量的0.2 ～1％。 10.根据权利要求4～9中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述高分子 底材为聚乙烯薄膜、 聚酯薄膜、 聚氯乙烯薄膜中的一种； 所述高分子底材的厚度为0.02～ 0.1mm。 11.根据权利要求4～9中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述流延法 采用流延涂布设备， 干燥温度为80～120℃， 硅 /石墨涂层的厚度为1～10m m。 12.根据权利要求4～9中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)中， 所述纳米硅 的中值粒径为10～150nm； 所述片状石墨的中值粒径为1～20 μm， 所述其他碳材料的中值粒权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114447294 A 2径为1～20 μm； 所述纳米硅和片状石墨的质量比为1:0.1～1:20； 所述片状石墨与其他碳材 料的组合物中， 所述片状石墨的质量含量在70％以上； 所述片状石墨包括天然石墨、 人造石墨中的至少一种， 所述天然石墨包括鳞片石墨； 所 述其他碳材料包括硬碳、 中间相碳 微球、 石墨烯及氧化石墨中的一种或多种； 所述粘结剂为沥青、 酚醛树脂、 环氧树脂、 丙烯酸树脂、 硬脂酸、 柠檬酸、 丁苯橡胶中的 一种或至少两种的组合； 所述粘结剂的添加量 为纳米硅和片状石墨总质量的2％～10％； 所述溶剂为水、 醇类、 烃类、 酮类、 酯类和醚类中的一种或多种。 13.根据权利要求4～9中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(4)中， 所述焙烧 时， 在烧结炉中并通入保护气体， 保护气体为氮气或氩气； 所述焙烧温度为600～1100℃， 保 温时间为0.5～10 h。 14.根据权利要求4～9中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 步骤(5)中， 所述粉碎具 体为将硅/石墨烧坯依次经鄂破机、 粉碎机处理， 鄂破后所得材料的中值粒径为1～3mm， 粉 碎后所得材料的中值粒径为7.5～20 μm； 所述整形为将粉碎后所得材料投入带有整形功能 的粉碎设备中进行颗粒修整， 整形后所 得材料的中值粒径为7～15 μm； 所述(6)具体包括以下步骤： 将所述硅/石墨复合颗粒与有机碳混合后进行包覆处理， 包覆处理温度为800～1100℃， 时间为2～4h； 所述有机碳材料为沥青或树脂粉末； 所述硅/ 石墨复合颗粒与有机碳的重量比为2:1～10:1。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114447294 A 3