[发明专利]二次锂电池用硅碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二次锂电池用硅碳复合材料及其制备方法，所述二次锂电池用硅碳复合材料包括含硅基材料的内核以及第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层为导电层，所述第二包覆层为导离子层，所述第一包覆层和所述第二包覆层没有顺序限定。本发明提供的硅碳复合材料，包覆层为复合材料，结合了基体材料的导电（或导离子）能力，以及增强相的增强、增韧性能，使得材料具有很强的抗膨胀能力。在二次电池中，不易破裂的包覆层意味着更少的新生表面，降低了电解液消耗，提高了电池循环性能。此外，本发明制备方法简单易实施，适合大规模产业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种二次锂电池用硅碳负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，硅基材料取代碳素材料作为锂离子电池负极材料成为学术界和产业界的研究热点，但硅在锂合金化过程中的体积膨胀效应尤为严重，这将导致电极材料严重粉化，电极结构的坍塌以及活性材料与集流体失去电接触，从而使得电池循环性能差。解决体积膨胀的问题可以通过控制碳材料中硅的含量、减小硅体积到纳米级；或改变石墨质地、形态，实现碳和硅的最佳匹配；或者采用其他物质对硅进行包覆，促进膨胀后的复原；还可以采用硅和金属或非金属复合构成复合材料，以更好释放体积变化产生的应力，提供体积膨胀的空间。

实践证实，要想取得比较理想的电化学性能，复合材料中的硅颗粒粒径不能超过200-300nm，但是在比表面、粒径分布、杂质以及表面钝化层厚度等关键指标技术壁垒都很高，目前还都未实现。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种二次锂电池用具有高强度、高倍率、长循环的硅碳复合材料以及该材料的制备方法。

在一个实施例中，本申请提供了一种硅碳复合材料，包括含硅基材料的内核以及内核表面的第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层为导电层，所述第二包覆层为导离子层，所述第一包覆层和所述第二包覆层没有顺序限定。

在另一个实施例中，本申请提供了一种制备上述硅碳复合材料的方法，所述方法包括：前驱体工序、第一包覆层包覆工序、预锂化工序、第二包覆层包覆工序。

与现有技术相比，本发明提供的二次锂电池用硅碳负极材料及其制备方法具有以下有益效果：

（1）材料结构方面，由于包覆层为复合材料，结合了基体材料的导电（或导离子）能力，以及增强相的增强、增韧性能，使得包覆层在硅基内核膨胀后不易破裂，在二次电池中，不易破裂的包覆层意味着更少的新生表面，降低了电解液消耗，提高了电池循环性能。

（2）碳复合材料包覆层可以有效缓冲内核体积膨胀并提高电子导电性；而离子导体复合材料包覆层则可提供导离子通道，增强材料的导离子能力，使得负极材料可以制备长寿命、高倍率的锂离子电池。

（3）制备工艺方面，只包覆导电层，材料加工性能差，浆料不稳定，但首效效果好；只包覆导离子层，则不能缓冲硅基内核的体积膨胀，循环稳定性太差，但材料加工性能好，浆料最稳定。进行双层包覆，可结合两者优点，提高材料性能。

附图说明

图1 本发明实施例1所制得的硅碳复合材料的XRD图谱；

图2 本发明对比例2所制得的硅碳复合材料的XRD图谱。

具体实施方式

本申请的实施例将会被详细的描述在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对被申请的限制。

在本申请中，以范围格式呈现量、比率和其他数值，应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

在本申请中，D50为材料累计体积百分数达到50%时所对应的粒径，单位为μm。