[發(fā)明專利]一種包覆型Si基復(fù)合材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210536068.2
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN102983314A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 盧志威;任麗彬;彭慶文;許寒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池負極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種包覆型Si基復(fù)合材料。

背景技術(shù)

自上世紀九十年代，Sony公司使用片層石墨代替安全性極差的金屬Li，制備成功第一種可充的鋰離子二次電池以來，鋰離子電池因其高比能量，無污染，應(yīng)用范圍得到了飛速發(fā)展，已從移動通訊電源、筆記本電腦、攝像機等擴大到電動工具、電動汽車等領(lǐng)域。而現(xiàn)有的碳負極的電化學(xué)容量偏低，不能滿足科技發(fā)展的對便攜二次電池性能的進一步要求。Si材料由于其電化學(xué)可逆容量高，安全性好，資源豐富等優(yōu)勢，已成為鋰離子二次電池負極材料的首選材料。作為鋰離子電池的Si基材料具有極高的理論電化學(xué)容量。但Si基材料在電化學(xué)嵌鋰過程中的體積變化過大，首次充放電效率較低，嚴重阻礙該電極材料的實際應(yīng)用。

為了提高Si材料的電化學(xué)容量高和循環(huán)性能，人們采用多種方法，如通過磁控濺射，化學(xué)氣相沉積，熱蒸發(fā)等方法制備Si納米薄膜，Si納米顆粒，Si納米線等，但是上述方法提高了電池的成本，并且不可逆容量高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供成本低、不可逆容量低，并且電化學(xué)容量高和循環(huán)性能好的一種包覆型Si基復(fù)合材料。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種包覆型Si基復(fù)合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅(qū)體，其特點是：所述Si基材料表面包覆的材料中還有作為添加劑的鋁鹽。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案：

所述Si基材料、碳材料、碳的前驅(qū)體和鋁鹽的質(zhì)量比為5-10:5-10:15-30:1-4。

所述鋁鹽包括磷酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽的一種或一種以上的混合物。

所述醋酸鹽包括一醋酸鋁、二醋酸鋁和三醋酸鋁或者含結(jié)晶水鹽之一種或一種以上的混合物。

所述Si基材料為多晶Si、單晶Si或其混合物；所述碳材料為人造石墨、天然石墨、碳纖維、硬碳、無定型碳中的一種；所述碳的前驅(qū)體為瀝青材料或含碳有機物。

所述瀝青材料為高軟化點瀝青、中軟化點瀝青、低軟化點瀝青中的一種。

所述含碳有機物為單糖、雙糖、多糖中的一種。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

本發(fā)明Si基材料表面不僅包覆了碳材料、碳的前驅(qū)體，還在包覆材料中添加了易分解為氧化鋁的有機酸或無機酸鋁鹽作為添加劑，在電化學(xué)容量高、循環(huán)性能好的基礎(chǔ)上，降低了Si基材料的不可逆容量，大幅降低了材料的成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1材料的首周電化學(xué)循環(huán)過程曲線圖；

圖2是本發(fā)明實施例1材料的電化學(xué)循環(huán)過程曲線圖；

圖3是本發(fā)明實施例2材料的電化學(xué)循環(huán)過程曲線圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

一種包覆型Si基復(fù)合材料，包括Si基材料，Si基材料表面包覆有碳材料和碳的前驅(qū)體。

本發(fā)明的創(chuàng)新點是：所述Si基材料表面包覆的材料中還有作為添加劑的鋁鹽；所述Si基材料、碳材料、碳的前驅(qū)體和鋁鹽的質(zhì)量比為5-10:5-10:15-30:1-4；所述鋁鹽包括磷酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽的一種或一種以上的混合物；所述醋酸鹽包括一醋酸鋁、二醋酸鋁和三醋酸鋁或者含結(jié)晶水鹽之一種或一種以上的混合物；所述Si基材料為多晶Si、單晶Si或其混合物；所述碳材料為人造石墨、天然石墨、碳纖維、硬碳、無定型碳中的一種；所述碳的前驅(qū)體為瀝青材料或含碳有機物；所述瀝青材料為高軟化點瀝青、中軟化點瀝青、低軟化點瀝青中的一種；所述含碳有機物為單糖、雙糖、多糖中的一種。

本發(fā)明包覆型Si基復(fù)合材料的制作過程：

⑴將10g多晶Si，10g石墨，30g煤瀝青和2.5g二醋酸鋁混合，在100ml乙醇溶液球磨30小時，加熱抽離乙醇溶液，得到均勻的前驅(qū)體；

⑵將所得的前驅(qū)體置于高溫爐中，氬氣氣氛下5℃/min升溫到900℃，高溫?zé)Y(jié)5h，自然降溫冷卻后制得包覆型Si基復(fù)合材料。經(jīng)試驗得到圖1中首周電化學(xué)循環(huán)過程曲線圖和圖2中的電化學(xué)循環(huán)過程曲線圖，其中“□”代表充電容量,“■”代表放電容量；本實施例包覆型Si基復(fù)合材料首周效率78.6%，振實密度超過1.0g/ml。

本發(fā)明包覆型Si基復(fù)合材料的另一制作過程：

⑴將10g多晶Si，10g石墨，40g煤瀝青和4g二醋酸鋁混合，在100ml乙醇溶液球磨30小時，加熱抽離乙醇溶液，得到均勻的前驅(qū)體；