[发明专利]一种多孔硅复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔硅复合负极材料，包括多孔硅基体、复合在所述多孔硅基体表面的第一导电材料层，以及复合在所述第一导电材料层表面的纳米硅基材料。本发明首先采用导电材料进行第一次包覆，然后再在导电材料层表面继续复合纳米硅基材料，得到多孔硅复合负极材料，不仅利用了多孔硅材料本身具有的较高首次充放电效率，而且包覆于多孔硅材料表面的导电材料不仅能够增加复合材料的导电性，还可以抑制多孔硅材料向外膨胀导致破裂，提高了循环稳定性；表面再复合纳米硅基材料后，具有更好的循环性能，可以提高多孔硅材料复合材料的循环性能；此外，本发明的制备方法操作简单、安全、通用性强、生产成本低、适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料技术领域，涉及一种多孔硅复合负极材料及其制备方法，尤其涉及一种用于锂离子电池的多孔硅复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。尤其是在实际应用中，锂离子电池已经成为各类便携式电子设备的理想能源，例如笔记本电脑，手机等。然而目前的锂离子电池已经无法满足快速发展的电动汽车等新型电子设备的要求，需要更高的能量密度、循环寿命以及更低的成本。

因此，锂离子电池及其相关材料成为众多厂商和科研人员的研究热点。除了正极材料是锂离子电池关键材料以外，负极材料同样决定着锂离子电池的性能，石墨类材料是锂离子电子主要的负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池的能量密度。

而目前广受关注的硅基材料，是一种新型锂离子电池负极材料，具有高理论嵌锂比容量4200mAh/g，并且储量丰富。但是，硅负极在充放电过程中发生剧烈的收缩和膨胀，其体积变化率超过300％，导致硅颗粒粉化，活性物质脱离粘结剂；同时SEI膜在循环过程中不断破裂与再生，不断消耗电解液，降低了循环稳定性。

研究发现，多孔硅能够有效提高电池的循环性能，Mingyuan Ge等利用AgNO₃和HF电化学刻蚀硅纳米线，得到多孔硅纳米线。(Porous Doped Silicon Nanowires forLithium Ion Battery Anode with Long Cycle Life，Nano Lett，2012，12，2318-2323)。以这种方法制备的多孔硅的确能够达到更好的循环性能和首次放电比容量，但其制备成本高，操作难度大，增加了生产要求和难度，故目前其仅限于小批 量制备，无法进行大规模推广。江志裕等人利用酸腐蚀硅合金制备了不同孔隙率的多孔硅(江志裕，一种锂离子电池多孔硅负极材料及其制备方法和用途：中国，103165874A[P]，2013-06-19)，这种多孔硅虽然能够商业化生产，具有高首次循环效率，但其多孔结构极易被破坏，导致其在充放电过程中活性物质脱离，缩短了循环寿命。

因此，如何得到一种制备方法简单，并且能够具有较好的电性能的多孔硅负极材料，一直是锂离子电池领域的综合技术难题，也是领域内诸多厂商和研究人员广泛关注的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多孔硅复合负极材料及其制备方法，特别是一种用于锂离子电池的多孔硅复合负极材料及其制备方法，本发明提供的多孔硅复合负极材料，具有较高的首次放电效率和较好的循环稳定性，而且本发明提供的制备方法操作简单、安全、通用性强、适用于大规模生产应用。

本发明提供了一种多孔硅复合负极材料，包括多孔硅基体、复合在所述多孔硅基体表面的第一导电材料层，以及复合在所述第一导电材料层表面的纳米硅基材料。

优选的，还包括复合在所述纳米硅基材料表面的第二导电材料外层。

优选的，所述多孔硅基体为多孔硅颗粒；

所述纳米硅基材料包括纳米硅颗粒和纳米导电材料的混合物、纳米含氧硅颗粒和纳米导电材料的混合物和纳米硅颗粒中的一种或多种；