本申请涉及电池负极材料技术领域,尤其涉及硅碳复合材料前驱体及其制备方法与应用。硅碳复合材料前驱体包括改性淀粉颗粒和若干硅基材料颗粒,硅基材料颗粒至少嵌设在改性淀粉颗粒中,改性淀粉颗粒包括碳纳米材料和淀粉,且碳纳米材料与淀粉通过含氧官能团键合连接。含氧官能团键合连接限制了淀粉分子的自由移动,抑制了淀粉发泡。因此,本申请硅碳复合材料前驱体制得硅碳复合材料中的硅颗粒周围的碳壁厚度均匀。制备方法包括将碳纳米材料进行表面改性处理,再与淀粉混合、与硅基材料颗粒混合,最后进行造粒处理,使改性碳纳米材料与淀粉中的含氧官能团形成键合连接。该前驱体用于制备硅碳复合材料可以提高导电性、容量、稳定性等综合性能。
背景技术
现有二次电池负极材料常以碳材料作为主体,然而碳材料的容量低,因而进一步有研究将高容量的硅基材料作为负极材料,然而硅基材料的导电性差,并且在充放电过程中体积会迅速膨胀,会导致稳定性差等一系列问题。
进一步有研究将硅基材料和多孔的碳基材料结合作为硅碳复合材料,通过多孔的碳材料容纳硅基材料的体积膨胀,并设计合理的比例,得到稳定性好、导电良好、容量高的硅碳复合材料。常用的方法是将含碳原料和含硅原料制得前驱体,再经碳化处理得到硅碳复合材料。现有一种方法是将淀粉作为含碳原料与含硅原料配制成混合溶液,再经干燥造粒处理,得到硅基材料嵌设在碳基材料中的前驱体,最后将前驱体碳化处理制得硅碳复合材料。然而这样的前驱体在碳化处理时,由于碳化处理的温度往往高于200℃,这样的高温会使淀粉软化,同时在水蒸气、二氧化碳等气体作用下,形成鼓泡,即淀粉的发泡现象,在这些气体影响下,淀粉分子会自由移动,最后得到的多孔碳颗粒基体中,硅颗粒嵌设在孔隙里,但各个硅颗粒周边的碳层薄厚不一,无法保持原本形貌,其中碳层过薄处无法对硅材料形成良好的碳包覆,而碳层过厚处会导致内部的硅材料无法发挥容量。此外,淀粉分子的自由移动会导致淀粉与硅材料分离,导致淀粉没有容纳住硅材料,进一步影响多孔碳吸附容纳硅材料的效果。
因此,需要一种可以解决淀粉发泡现象导致淀粉与硅基材料制得硅碳复合材料性能不佳的技术方案。
实现思路