(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 202111500111.5 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 海宁硅泰科技有限公司 地址 314408 浙江省嘉兴 市海宁市长安 镇 高新技术产业园区文 海北路1137号 (72)发明人 汪雷　陈静　祝洪良　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 傅朝栋　张法高 (51)Int.Cl. C01B 33/021(2006.01) C23C 16/26(2006.01) C23C 16/44(2006.01) C23C 16/56(2006.01) C01B 32/205(2017.01)B82Y 30/00(2011.01) B82Y 40/00(2011.01) H01M 4/38(2006.01) H01M 4/36(2006.01) H01M 4/62(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快充负极材 料及方法和电池 (57)摘要 本发明公开了一种石墨包覆含金属颗粒硅 纳米片快充负极材料及方法和电池。 制备方法是 将硅化钙和还原剂在无水金属 氯化物溶液中混 合形成浆料， 将浆料于搅拌条件下充分反应， 得 到沉淀物A； 将沉淀物A清洗后冷冻干燥， 得到含 金属颗粒硅纳米片； 将含金属颗粒硅纳米片依次 经化学气相沉积和热处理后， 得到石墨包覆含金 属颗粒硅纳米片快充负极材料。 本发明工艺简 单， 不需要严格的无氧条件便可制备硅纳米片， 适用于工业化生产。 该材料制备的锂离子电池具 有快充性能好、 高稳定性和倍率性能优异等优 势。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 114180576 A 2022.03.15 CN 114180576 A 1.一种石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快充负极材料的制备方法， 其特征在于， 具体如 下： 将硅化钙和还原剂在无水金属氯化物溶液中混合形成浆料， 将浆料于搅拌条件下充分 反应， 得到沉淀物A； 将沉淀物A清洗后冷冻干燥， 得到含金属颗粒硅纳米片； 将含金属颗粒 硅纳米片依次经化学气相沉积和热 处理后， 得到石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快充负极材 料。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述硅化钙、 还原剂和无水金属氯化 物的投加质量比例为1:1～5:5～ 20。 3.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述还原剂为连二亚硫酸钠、 抗坏血 酸和硼氢化钠中的一种或多种。 4.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述无水金属氯化物溶液的浓度为5 ～25wt％。 5.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述无水金属氯化物溶液中的溶剂为 甲醇、 乙醇或乙二醇中的一种或多种， 无水金属氯化物为无水氯化镍、 无水氯化锂、 无水氯 化银、 无水氯化亚锡、 无水氯化铜和无 水氯化钴中的一种或多种。 6.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述浆料在搅拌过程中， 于压力5～ 22Mpa、 温度80～380℃下进行， 搅拌时间为0.5～12h 。 7.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述化学气相沉积过程中， 以1～10 ℃/min的速率升温至600～800℃， 随后反应10～60min； 气体为乙炔、 甲烷、 乙烯、 甲苯中的 一种或多种， 气流 量为100～500scc/min。 8.根据权利 要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述热处理过程中， 于800～1100℃下 反应0.5～8h 。 9.一种根据权利要求1～8任一所述制备方法得到的石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快 充负极材 料。 10.一种利用权利要求9所述石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快充负极材料作为负极极 片的锂离 子电池。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114180576 A 2石墨包覆含 金属颗粒 硅纳米片快充负极材料及方 法和电池 技术领域 [0001]本发明涉及锂离子电池技术领域， 尤其涉及一种石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快 充负极材 料及方法和电池。 背景技术 [0002]石墨烯、 钙钛矿、 硅烯、 过渡金属硫化合物等二维纳 米材料用作 锂离子电池负极材 料， 不仅可以抑制材料在充放电过程中的结构变化， 还能为锂离子的快速 吸附和迁移提供 足够的空间， 因此在 锂离子电池 领域有着广泛的应用前景。 根据己有文 献报道， 硅纳米片的 理论比容量为3579mAh/g， 工作电压低于0.5V， 是一种理想的负极材料。 目前， 硅纳米片的制 备方法主要 是化学气相沉积、 直流电弧放电和射频磁控溅射等， 但是， 这些方法一般都会需 要昂贵的设备， 从而阻碍 了硅纳米片在锂离 子电池中的应用。 [0003]为解决上述问题， 研究者们提出从层状硅化合物或合金中提纯硅纳米片， 例如蚀 刻锂硅合金制备硅纳米片(参见L ang J,Ding B,Zhang S,et al.Scalable synthesis  of  2D Si nanosheets[J].Advanced  Materials,2017,29(31):1701777.)。 或者利用硅化钙与 金属氯化物反应来制备硅纳米片(参见Xu  K,Ben L,Li H,et al.Silicon～based   nanosheets  synthesized  by a topochemical  reaction  for use as anodes for  lithium ion batteries[J].Nano  Research,2015,8(8):2654～2662.)， 这种方法制得的 碳包覆硅纳米片能有效缓解硅体积膨胀带来的问题， 得到较好的循环性能和较高的比容 量， 但是对设备要求高， 需要无 氧条件才能制备 出硅纳米片。 [0004]专利申请CN110480027A将硅化钙置于浓盐酸中反应， 经过滤、 洗涤、 真空干燥得到 Si6H6纳米片， 再将Si6H6纳米片超声分散在有机溶剂中， 加入硝酸银胺溶液， 反应、 过滤、 洗 涤， 即得到二维超薄硅片表面负载银纳米颗粒 的复合材料。 但是硅化钙制备 的硅片极易氧 化， 再加入氧化性 强的硝酸银， 虽然 添加了具有一定还原 性的胺类物质， 但是二者反应程度 未知， 所制备的硅纳米片的氧化程度无法控制。 此外， 制备时间长， 在制备过程中使用了大 量的有机溶剂， 增加了制备成本。 专利申请CN  113488376  A将硅化钙置于酸中反应， 经过 滤、 洗涤、 真空干燥得到Si6H6纳米片， 再将Si6H6纳米片经热处理得到纳 米二氧化硅片。 该专 利直接把制备 的二氧化硅纳米片用于锂电池负极活性材料， 众所周知， 纯二氧化硅做锂电 池负极活性很低， 几乎达不到文中所诉效果。 发明内容 [0005]针对现有技术的不足， 本发明提供了一种石墨包覆含金属颗粒硅纳米片快充负极 材料及方法和电池， 以解决现有技术用硅化钙制备硅纳米片的过程需要严格无氧条件的难 点。 此外， 在现有的锂离子电池快速充放电过程中， 硅材料存在体积膨胀， 极易粉碎， 从而导 致材料界面不稳定、 活性材料脱落， 使电极容量迅速衰减， 硅材料导电性差等问题， 利用本 发明负极材 料制备得到的锂离 子电池， 能够有效解决上述问题。 [0006]本发明所采用的具体技 术方案如下：说　明　书 1/5 页 3 CN 114180576 A 3