[发明专利]一种锂离子电池用硅材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用硅材料，包括含硅基体，含硅基体包括主体和设置在主体表面且向外延伸的无规则凸起，主体的表面和内部中的至少一处设有多孔结构，多孔结构的平均孔径为10‑500nm；含硅基体是由多孔的含硅材料经膨胀得到。本发明提供的锂离子电池用硅材料具有独特的结构，提高了硅材料作为负极材料时的循环性能，同时提高了硅材料的压实密度。本发明还提供一种锂离子电池用硅材料的制备方法，包括：(1)将含硅材料进行孔蚀或构筑，得到多孔的含硅材料；(2)将多孔的含硅材料与加入至反应釜中，在0.5‑5.0Mpa的压力下和200‑400℃的温度下反应0.5‑2h，得到锂离子电池用硅材料。该制备方法简单易操作。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池用硅材料及其制备方法。

背景技术

目前，各种新型的硅负极材料因其具有超高的容量和倍率而备受关注(硅的理论容量为4200mAh/g)，此外，硅作为地球的重要元素之一，为大规模制备提供了先天优势。然而这种材料在充放电过程中会发生高达300％以上的体积膨胀与收缩，导致电极上的电活性物质粉化脱落，材料的比容量衰减，甚至可造成隔膜的刺穿，电池胀破，发生电池燃烧甚至爆炸等事故。因此，如何制备具有低膨胀率，高导电性以及稳定性的硅负极材料已成为科研界以及产业界的重要课题。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供一种锂离子电池用硅材料及其制备方法，其生产过程简单高效，在实现锂离子电池用硅材料廉价制备的同时，实现了锂离子电池用硅材料的高导电性和稳定性，以及在充放电过程中的较低膨胀。

具体地，第一方面，本发明提供一种锂离子电池用硅材料，包括含硅基体，所述含硅基体包括主体和设置在所述主体表面且向外延伸的无规则凸起，所述主体的表面和内部中的至少一处设有多孔结构，所述多孔结构的平均孔径为10-500nm；所述含硅基体是由多孔的含硅材料经膨胀得到。

其中，所述含硅基体为一次颗粒或由多个纳米级颗粒构筑形成的二次颗粒。

其中，所述含硅基体的形貌为爆米花状。

其中，所述锂离子电池用硅材料还包括包覆在所述含硅基体表面的碳层，所述碳层的表面形貌与所述含硅基体的表面形貌一致。

其中，所述锂离子电池用硅材料的平均尺寸为1-200μm，比表面积为5-60m²/g，压实密度为1.6-2.0g/cm³。

其中，所述凸起自所述主体向外延伸的长度为10-500nm，所述凸起之间的间隙大小为10-500nm。

第二方面，本发明提供一种锂离子电池用硅材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含硅材料进行孔蚀或构筑，得到多孔的含硅材料；

(2)将步骤(1)中的所述多孔的含硅材料加入至反应釜中，在0.5-5.0Mpa的压力下和200-400℃的温度下反应0.5-2h，得到锂离子电池用硅材料。

其中，步骤(1)中，所述多孔的含硅材料为多孔的微米级一次颗粒或多孔的二次颗粒，所述多孔的含硅材料的制备方法具体如下：

将微米级含硅颗粒进行孔蚀，得到所述多孔的微米级一次颗粒；或

将多个纳米级含硅颗粒置于水或乳液中，搅拌后，多个所述纳米级含硅颗粒团聚，烘干后，构筑得到所述多孔的二次颗粒。

其中，步骤(2)中，将所述多孔的含硅材料与碳源按照质量比为1:0.05-0.5进行混合，得到混合物，将所述混合物加入至反应釜中进行反应，得到所述锂离子电池用硅材料。

其中，步骤(1)得到的所述多孔的含硅材料在所述反应釜中反应后发生膨胀，膨胀率为5倍以上。