本發(fā)明涉及二次電池領(lǐng)域，具體涉及一種硅碳負極材料及其制備方法、負極片和二次電池。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因具有能量密度大、自放電小、工作溫度范圍寬、綠色環(huán)保等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)碼產(chǎn)品和移動設(shè)備上。而隨著生活節(jié)奏不斷加快，人們希望電子產(chǎn)品能夠擁有更長的使用時間，增加使用的持續(xù)性，實現(xiàn)對移動通信設(shè)備更長久的使用體驗，因此對電池的容量提出了更高的要求。目前硅是已知比容量最高的負極材料，可達到4200mah/g。相比于石墨負極材料，硅還具有更高的脫嵌鋰電位，可有效避免大倍率充放電過程中鋰的析出，可以提高電池的安全性能。

2、然而，硅在充放電過程中會產(chǎn)生很大的體積效應(yīng)，導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的崩塌和活性材料的剝落，造成容量迅速衰減，加之硅的導(dǎo)電性差，嚴重影響了硅作為負極材料的規(guī)模應(yīng)用。

3、因此，確有必要開發(fā)一種具有高抗壓強度的硅碳負極材料，能夠改善電池的膨脹率的同時提高導(dǎo)電性，進而提高電池的循環(huán)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高抗壓強度的硅碳負極材料，能夠改善電池的膨脹率的同時提高循環(huán)性能。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種硅碳負極材料，所述硅碳負極材料包括花狀碳骨架，以及負載于所述花狀碳骨架上的納米硅顆粒。

4、優(yōu)選的，所述花狀碳骨架由鎳基金屬有機框架制成。

5、優(yōu)選的，所述納米硅顆粒的粒徑d50為50-100nm。

6、優(yōu)選的，所述硅碳負極材料的抗壓強度為3.0-3.5t/g。

7、優(yōu)選的，所述硅碳負極材料的比表面積為20-50m2/g；

8、優(yōu)選的，所述硅碳負極材料中，硅的重量百分含量為5-10％。

9、此外，本發(fā)明還提供一種硅碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：

10、步驟s1、將納米硅顆粒、有機溶劑和分散劑混合攪拌得第一料液；

11、步驟s2、將鎳鹽和均苯三甲酸有機配體放入有機溶劑中混合攪拌得第二料液；

12、步驟s3、將第一料液和第二料液混合攪拌，加熱、離心和干燥后得到si@ni-mof-btc復(fù)合材料；

13、步驟s4、將si@ni-mof-btc復(fù)合材料置于惰性氣氛中煅燒，酸洗，即得到所述硅碳負極材料。

14、優(yōu)選的，所述鎳鹽和均苯三甲酸有機配體的質(zhì)量比為0.5-4。

15、此外，本發(fā)明還提供一種負極片，包括上述的硅碳負極材料。

16、此外，本發(fā)明還提供一種二次電池，包括上述的負極片。

17、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

18、(1)本發(fā)明的花狀碳骨架能夠為電極材料在充放電過程中提供更多的空間，以適應(yīng)硅的體積變化；當(dāng)電池進行充放電時，硅會發(fā)生膨脹和收縮，其多孔結(jié)構(gòu)可以緩解這種體積變化帶來的應(yīng)力，防止電極材料的破裂和粉化，從而顯著提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性，該硅碳負極材料具有高抗壓強度，明顯改善電池的膨脹率。

19、(2)本發(fā)明對納米硅粒徑以及鎳鹽和btc(均苯三甲酸)質(zhì)量比的控制，制備過程中的煅燒溫度和時間來調(diào)控復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)以及形貌，從而納米硅能大量負載在花狀碳骨架上，提升硅碳負極材料的儲鋰能力以及緩解硅發(fā)生的膨脹。

技術(shù)特征：

1.一種硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料包括花狀碳骨架，以及負載于所述花狀碳骨架上的納米硅顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述花狀碳骨架由鎳基金屬有機框架制成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述納米硅顆粒的粒徑d50為50-100nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料的抗壓強度為3.0-3.5t/g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料的比表面積為20-50m2/g。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅碳負極材料，其特征在于，所述硅碳負極材料中，硅的重量百分含量為5-10％。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽和均苯三甲酸有機配體的質(zhì)量比為0.5-4。

9.一種負極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任一項所述的硅碳負極材料。

10.一種二次電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的負極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種硅碳負極材料及其制備方法、負極片和二次電池，該硅碳負極材料包括花狀碳骨架，以及負載于所述花狀碳骨架上的納米硅顆粒。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明花狀碳骨架能夠為電極材料在充放電過程中提供更多的空間，以適應(yīng)硅的體積變化；當(dāng)電池進行充放電時，硅會發(fā)生膨脹和收縮，花狀碳骨架可以緩解這種體積變化帶來的應(yīng)力，防止電極材料的破裂和粉化，從而顯著提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性，該硅碳負極材料具有高抗壓強度，明顯改善電池的膨脹率。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭文,高云雷,張弛,陳星,劉亞津
受保護的技術(shù)使用者：惠州鋰威新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/6/26