[发明专利]一种锂电池用硅复合材料及其制备方法、锂电池

说明书

本发明涉及一种锂电池用硅复合材料及其制备方法、锂电池，属于锂电池技术领域。本发明的锂电池用硅复合材料，具有核壳结构，所述核为硅颗粒，所述壳包括包覆在硅颗粒表面的中间层以及包覆在所述中间层表面的外层，所述中间层包括非电子传导性高分子材料，所述外层包括无机锂化合物，所述无机锂化合物为LiBH₄、Li₃N、Li₂NH、LiBNH₆、Li_1.8N_0.4Cl_0.6中的一种；所述中间层与外层的厚度比为1‑5:1‑5。本发明的锂电池硅复合材料在硅材料颗粒表面包覆非电子传导性高分子材料及无机锂化合物，在硅材料颗粒表面包覆无机锂化合物能够提高充放电过程中锂离子的数量，进而提高其首次效率及比容量和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池用硅复合材料及其制备方法、锂电池，属于锂电池技术领域。

背景技术

随着各种锂电池应用市场的快速发展，市场对锂离子电池能量密度要求不断提高，同时也对锂离子电池所用正极材料、负极材料的比容量和循环寿命也提出了更高的要求。目前市场化的石墨材料由于其比容量低难以满足市场的需求，而硅碳负极材料具有比容量大、材料来源广泛及制备工艺简单等优点。但是，目前的硅碳负极材料的膨胀率高，容易造成电池循环寿命偏低，严重阻碍了该材料的产业化推广。

目前的硅碳负极材料主要有纳米硅、硅氧化合物及纳米硅与硅氧化合物的复合材料等。其中，纳米硅的循环寿命较差，硅氧化合物的循环寿命较高，但是其导电率较差；纳米硅与硅氧化合物的复合材料可以利用其纳米硅导电性的优点和硅氧化合物循环寿命高的特点发挥二者间的协同效应，提高其循环寿命和倍率性能。申请公布号为CN103094538A的中国发明专利公开了一种负极活性材料及其制备方法，该材料包括基质和硅颗粒，基质包括氧化硅、碳化硅和碳，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上。这种材料存在氧化硅与硅颗粒的自身团聚而易造成其性能改善有限，同时材料表面包覆的碳材料的电子性能虽然得到改善，但是其锂离子电导率的改善非常有限，材料的首次充放电效率较低，由该材料制得的锂电池的循环性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种首次充放电效率高、循环性能好的锂电池用硅复合材料。

本发明的另一个目的在于提供一种上述锂电池用硅复合材料的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种使用上述锂电池用硅复合材料的锂电池。

为实现上述目的，本发明的锂电池用硅复合材料的技术方案是：

一种锂电池用硅复合材料，具有核壳结构，所述核为硅颗粒，所述壳包括包覆在硅颗粒表面的中间层以及包覆在所述中间层表面的外层，所述中间层包括非电子传导性高分子材料，所述外层包括无机锂化合物，所述无机锂化合物为LiBH₄、Li₃N、Li₂NH、LiBNH₆、Li_1.8N_0.4Cl_0.6中的一种；所述中间层与外层的厚度比为1-5:1-5。

本发明的锂电池硅复合材料在硅材料颗粒表面包覆非电子传导性高分子材料及无机锂化合物，在硅材料颗粒表面包覆无机锂化合物能够提高充放电过程中锂离子的数量，能够为形成SEI膜提供充足的锂离子，进而提高其首次效率及比容量。在颗粒的最外层包覆含氮无机锂盐，不但能够利用充放电过程中锂盐提供的锂离子提高锂离子的传输速率，进而提高材料的倍率性能和循环性能，更重要的是，锂盐中含有的氮原子能够提高电子传输速率，并依靠包覆层中氮离子与电解液中六氟磷酸锂中的磷离子具有结构相似的原理，提高材料表面与电解液的相容性，进而提高材料的结构稳定性，同时提高电池的循环性能。