[发明专利]改性硅碳材料及其制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种改性硅碳材料，包括硅碳主体、氟化碳保护层，所述氟化碳保护层包覆在所述硅碳主体的表面；所述氟化碳保护层选自具有如式Ⅰ所示化学式的化合物中的至少一种。本申请提供的改性材料具有稳定的库伦效率和超长的循环寿命，同时具有较高的容量保持率。

技术领域

本申请涉及一种改性硅碳材料及其制备方法、应用，属于锂电池材料技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、自放电量小、体无记忆效应等优势，给储能领域带来了革命性的变化，被广泛应用于各种便携式电子设备和电动汽车中。但是，随着市场对高能量密度锂离子电池需求的增加，要求锂离子电池负极材料具有更高的质量和体积能量密度。目前市场化的负极材料以石墨类(理论容量372mAh/g)为主，但是其实际比容量已接近理论容量，难以有大幅度提高，从而限制负极材料的能量密度的提高。硅碳负极材料是近几年发展起来的一种新型负极材料，其具有比容量高、价格低、来源广泛等优点，有望将来取代目前所用的石墨类负极材料。但是其纯硅材料在电池充放电过程中存在巨大的体积变化及其导电率差，这种巨大的体积变化导致制备的极片粉化、脱落，造成电极活性物质与集流体的分离，从而严重影响了电池的循环性能和倍率性能。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种改性硅碳材料，具有稳定的库伦效率和超长的循环寿命，同时具有较高的容量保持率。

一种改性硅碳材料，包括硅碳主体、氟化碳保护层；

其中，氟化碳保护层包覆在硅碳主体的表面；

所述氟化碳保护层选自具有如式Ⅰ所示的化学式的化合物中的至少一种：

CF_x

式Ⅰ

其中，0＜x＜4。

本申请所提供的改性硅碳材料，含有覆盖在所述硅碳主体表面的氟化碳保护层，由于氟原子进入碳材晶格，使其表现出特殊的物理化学性质，例如高弹性模量和耐腐蚀等，能有效解决现有的硅碳复合材料和由其制备的锂离子电池在充放电循环过程中因体积膨胀而引起的容量快速衰减的问题；另外，氟化碳保护层有限的导电能力，能阻碍电子传输至外界的表面，从而减少界面处的副反应，提高容量保持率。

可选地，改性硅碳材料呈颗粒状，粒径为0.1～20微米。

可选地，硅碳主体和氟化碳保护层的质量比为1：0.01～0.2。

可选地，所述硅碳主体和所述氟化碳保护层的质量比上限选自1:0.02、1:0.05、1:0.08、1:0.1、1:0.15、1:0.18或1:0.2；下限选自1:0.01、1:0.02、1:0.05、1:0.08、1:0.1、1:0.15、1:0.18。

可选地，硅元素在所述改性硅碳材料中的重量百分含量为5～25％。

可选地，硅元素在所述改性硅碳材料中的重量百分含量上限选自8％、10％、12％、15％、18％、20％或25％；下限选自5％、8％、10％、12％、15％、18％或20％。

根据本申请的另一方面，还提供了一种制备上述改性硅碳材料的方法，包括将硅碳前驱体与氟源进行复合，获得所述改性硅碳材料。

可选地，硅碳前驱体由含有硅源和碳源的悬浮液通过干燥制备得到。

具体地，硅碳前驱体的制备方法，包括步骤：

将碳源分散制得含碳悬浮液；

向所述含碳悬浮液中加入硅源，分散制得硅碳悬浮液；

将所述硅碳悬浮液进行喷雾干燥制得所述硅碳前驱体。