(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 202111529670.9 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 鞍钢化学 科技有限公司 地址 114000 辽宁省鞍山市立 山区鞍钢小 东门 申请人 鞍钢集团北京研究院有限公司 (72)发明人 高源　张大奎　夏晶　王丽慧　 李枢相　何莹　薛占强　张栋　 穆春丰　张欣　王晓楠　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 代理人 孙诗惠 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/38(2006.01)H01M 4/587(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种锂离子电池硅碳负极材料及其制备方 法 (57)摘要 本发明公开了一种锂离子电池硅碳负极材 料， 包括纳米硅分散相和硬碳基体， 所述纳米硅 分散在由碳源前驱体热转化形成的硬碳基体的 表面、 孔洞或晶格缺陷中。 其中， 锂离子电池硅碳 负极材料的D50粒径为5～50μm； 所述硬碳基体 与纳米硅分散相的质量比为3:1～15:1； 所述纳 米硅的D50 粒径为20～300nm； 所述碳源前 驱体包 括沥青和/或石油树脂。 本发明的锂离子电池硅 碳负极材料， 压实密度高， 比表面积小， 不易辊压 破碎且性能优异。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 114388755 A 2022.04.22 CN 114388755 A 1.一种锂离子电池硅碳负极材料， 其特征在于， 包括纳米硅分散相和硬碳基体， 所述纳 米硅分散在由碳源前驱体热转 化形成的硬碳基 体的表面、 孔洞或晶格缺陷 中。 2.如权利要求1所述的锂离子电池硅碳负极材料， 其特征在于， 所述锂离子电池硅碳负 极材料由纳米硅分散相和硬碳基体组成， 所述的纳米硅 分散在由碳源前驱体热转化形成的 硬碳基体的表面、 孔洞或晶格缺陷 中。 3.如权利要求1或2所述的锂离 子电池硅碳负极材 料， 其特征在于， 所述锂离子电池硅碳负 极材料的D50粒径为5～50 μm， 进一步优选为6～35 μm， 特别优选 为8～31 μm； 任选地， 所述硬碳基 体与纳米硅分散相的质量比为3:1～15:1， 特别优选为5:1～10:1； 任选地， 所述纳米硅的D50粒径为20～300nm， 进一步优选为25～250nm， 特别优选为30 ～200nm； 任选地， 所述 碳源前驱体为沥青和/或石油树脂 。 4.一种锂离子电池， 其特征在于， 所述锂离子电池包括权利要求1 ‑3中任一项所述的锂 离子电池硅碳负极材 料。 5.一种如权利要求1 ‑3中任一项所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法， 包括以 下步骤： (1)将纳米硅、 分散剂和有机溶剂混合形成纳米硅悬浊液， 将所述悬浊液加入至熔融碳 源前驱体中， 混合得到纳米硅 /碳复合体； (2)将所述步骤(1)中复合纳米硅/碳聚合体在 冷却风的作用下熔融喷雾造粒得到硅碳 复合微球； (3)将所述步骤(2)得到的硅碳复合微球进行预氧化处理和碳化处理， 得到硅碳复合微 球负极材 料。 6.如权利要求5所述的锂离子电池硅碳负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤 (1)中， 向所述的熔融碳源前驱体中还加入石墨粉； 任选地， 所述石墨粉选自石墨负极生产过程中的细粉尾料、 人造石墨负极材料、 天然鳞 片石墨、 土状石墨中的至少一种， 其中， 所述人造石墨负极材料采用煤系针状焦、 油系针状 焦、 石油焦、 沥青焦、 煤系中间相碳 微球或油系中间相碳 微球为原料制得； 任选地， 所述石墨粉的粒径为0.2 ‑5 μm。 7.如权利要求5所述的方法， 其特征在于， 步骤(1)所述纳米硅悬浊液的制备方法包括： 将纳米硅和分散剂添加到有机溶剂中， 超声搅拌， 得到含有分散剂的纳米硅悬浊液， 其中， 所述分散剂包括主链碳原子大于8 个的碳氢化合物， 优选为聚乙二醇、 聚乙烯吡 咯烷酮或聚 偏二氟乙烯， 所述分散剂加入量 为纳米硅质量的0.1％～3 0％； 任选地， 超声频率 为5～50kHz,进一步优选为8～45kH z， 特别优选为10～40kH z； 任选地， 所述超声的功率密度为0.8～2W/cm2， 进一步优选为1～1.5W/cm2， 特别优选为 1.2W/cm2； 任选地， 所述超声搅拌时间为至少5min， 进一步优选为8～45min， 特别优选为10～ 30min； 任选地， 所述有机溶剂为醇类、 酮类和/或醚类， 进一步优选为C1 ‑C6醇类和/或C3 ‑C7酮 类， 特别优选为甲醇、 乙醇、 乙二醇、 正 丁醇或丙酮中的1种或至少2种的组合；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114388755 A 2任选地， 在所述含有分散剂的纳米硅悬浊液中纳米硅与溶剂的质量比为0.5:100～30: 100， 进一步优选为0.8： 10 0～25:100， 特别优选为1:10 0～20:100。 8.如权利要求5所述的硅碳复合微球负极材料的制备方法， 其特征在于， 所述步骤(1) 中， 所述碳源前驱体选自各向 同性煤沥青、 各向 同性石油沥青、 中间相沥青或 高分子材料中 1种或至少2种的组合， 其中， 所述高分子材 料包括酚醛树脂和/或环氧树脂； 任选地， 所述 碳源前驱体的软化 点为80‑330℃， 特别优选为15 0～300℃。 9.如权利要求5 ‑8任一项所述的方法， 其特 征在于， 所述 步骤(2)中， 任选地， 所述喷雾 造粒的控制温度为10 0‑500℃， 特别优选为20 0～380℃； 任选地， 所述喷雾 造粒过程的冷却风控制温度为0 ‑270℃， 特别优选地20～15 0℃； 任选地， 所述得到的硅碳复合 微球的粒径控制为10 ‑80 μm。 10.如权利要求5 ‑9任一项所述的方法， 其特征在于， 所述步骤(3)中， 进行预氧化和碳 化处理； 任选地， 所述预氧化处理中采用的预氧化试剂选自空气、 氧气、 二氧化氮、 浓硫酸、 浓硝 酸或高锰酸钾溶 液中的1种或至少2种的组合； 任选地， 所述预氧化处理的温度 为20‑350℃， 特别优选地， 液相氧化处理温度 为20～90 ℃； 气相氧化处 理温度为15 0～350℃； 任选地， 所述预 氧化处理的处理时间为1 ‑30h； 任选地， 所述 碳化处理温度为6 00‑1600℃， 特别优选地， 80 0～1400℃； 任选地， 所述 碳化处理时间为0.5 ‑8h， 特别优选地1～4h 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114388755 A 3