[发明专利]一种复合硅材料和锂离子电池

说明书

本发明提供一种复合硅材料和锂离子电池。本发明第一方面提供一种复合硅材料，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在所述基体颗粒之间的第一导电材料，所述基体颗粒包括硅材料和包覆在硅材料部分外表面的包覆层，所述包覆层包括Mg(OH)₂、MgO和碳材料；所述第一导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。本申请提供的复合硅材料在提高锂离子电池能量密度的基础上，可进一步提高锂离子电池的循环性能和安全性。本发明第二方面提供一种锂离子电池，负极片包括双层负极活性层，并将包括该复合硅材料的负极活性层设置在负极片表面，可进一步提高锂离子电池的安全性。

技术领域

本发明涉及一种复合硅材料和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。

背景技术

近年来，消费类便携式电子产品的销量呈爆发式增长，作为消费类便携式电子产品的供电来源，锂离子电池的需求也越来越多，其中，为了解决产品“续航和充电焦虑”的问题，对锂离子电池能量密度的要求也越来越高。石墨作为目前最为成熟的碳基负极活性物质，其比容量已经基本充分发挥，而硅材料作为新兴的负极活性材料，其比容量高达4200mAh/g，有助于提高锂离子电池的能量密度，基于现有的化学体系和材料，将碳基负极活性物质与硅材料混合作为负极活性物质是一种理想的方式。

但是，由于充电过程中碳基负极活性物质和硅材料的电位及极化程度不同，导致负极片中锂离子浓度分布不均，容易发生析锂的问题，析出的锂离子不仅会影响锂离子电池的容量，而且也会导致内部短路，随着热量的积累，容易发生热失控，影响锂离子电池的安全性；同时硅材料在充放电过程中体积膨胀较为严重，使电极材料在循环过程中结构崩塌，颗粒分化，导致活性材料之间、活性材料与集流体之间丧失电子导电能力，加之硅材料本身导电性差，最终导致不可逆容量损失，影响锂离子电池的循环寿命，降低其使用年限。

发明内容

本发明提供一种复合硅材料，用于缓解硅材料体积膨胀以及负极片析锂的问题，提高锂离子电池的循环性能和安全性。

本发明还提供一种锂离子电池，其包括上述复合硅材料，并且具备较好的能量密度、循环性能以及安全性。

本发明第一方面提供一种复合硅材料，所述复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在所述基体颗粒之间的第一导电材料；

其中，所述基体颗粒包括硅材料和包覆在硅材料部分外表面的包覆层，所述包覆层包括Mg(OH)₂、MgO和碳材料；

所述第一导电材料包括石墨烯和/或导电碳管。

本申请提供了一种复合硅材料，该复合硅材料包括若干个基体颗粒和分散在基体颗粒之间的第一导电材料，可以理解的是，基体颗粒为颗粒状固体，并且基体颗粒与基体颗粒之间存在空隙，第一导电材料分散在空隙中形成导电网络，不仅有利于提高硅材料的导电性，而且所形成的导电网络还有助于束缚硅材料的膨胀；基体颗粒包括硅材料以及包覆在硅材料部分外表面的包覆层，即基体颗粒内部为硅材料，外表面为包覆层，包覆层包括Mg(OH)₂、MgO和碳材料，当锂离子电池温度升高后，Mg(OH)₂可吸收热量，降低锂离子电池内部的温度，提高其安全性能，MgO有助于提高硅材料表面的刚性，抑制硅材料的体积膨胀，进而抑制电解液在硅材料表面分解，抑制SEI膜的生长，缓解锂离子电池容量的损失，碳材料有助于提高包覆层和硅材料的导电性。本发明通过对硅材料进行改性，提高了硅材料的导电性，降低了硅材料与碳基负极活性物质之间的电位和极化程度差异，避免了析锂问题的发生；同时还抑制了硅材料的体积膨胀、避免了锂离子电池容量的损失，提高了锂离子电池的使用寿命；此外还防止了锂离子电池发生热失控，提高了锂离子电池的安全性；因此，本申请提供的复合硅材料在提高锂离子电池能量密度的基础上，可进一步提高锂离子电池的循环性能和安全性。