[發(fā)明專利]一種硅碳復(fù)合物及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201310129537.3
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN104103819A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林朝暉;孫東
• 申請（專利權(quán)）人: 福建省輝銳材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池負極材料制備領(lǐng)域，涉及一種硅碳復(fù)合物及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰電池，具有能量高，循環(huán)性好，壽命長，自放電率低的特點，在便攜式電子設(shè)備方面已經(jīng)基本上取代了其它類型的充電電池。在其它領(lǐng)域，比如電動汽車，不穩(wěn)定能源的電能儲存，鋰離子電池也顯示出很大的潛力。

鋰電池由正極，負極，隔膜，和電解液組成。正極和負極由隔膜隔開，正極，負極和隔膜浸泡在電解液里。正極材料一般是含鋰的層狀過渡金屬氧化物或者磷酸鹽。負極材料，碳質(zhì)活性材料被廣泛使用，一般是層狀石墨或者其衍生物。當(dāng)電池充放電時，伴隨著電子在兩個電極之間循環(huán)，電極本身發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，鋰離子在正負極的層狀中被嵌入和脫嵌。由于鋰離子是被鑲嵌和脫嵌于層的中間，電極材料本身沒有發(fā)生太大體積變化，其結(jié)構(gòu)得以保存，因此鋰電池可以有很長的壽命。但由于石墨和鋰反應(yīng)形成的最終化合物是LiC6，它的理論克電容量是372mAh/g，該理論容量對于需要更高容量的未來鋰電池并不足夠。

硅是一種潛在的高能負極材料，因為它的理論克電容量是4200mAh/g，大約是石墨的十倍，但是，但到目前為止，硅還沒有被成功地應(yīng)用到鋰電池中，其中的原因之一是硅顆粒表面的氧化物：SiO2或者SiOx，由于氧化硅不導(dǎo)鋰離子，且二氧化硅是電子絕緣體，在阻止了鋰離子和硅的接觸的同時，又阻止了電子和硅的接觸，而且它還要和鋰反應(yīng)，消耗掉大量的鋰離子來形成Li2O和更小的硅顆粒。這樣它一方面限制了充放電的電流強度，另一方面它造成了第一次循環(huán)中的不可逆電容量損失，降低了電池的能量密度和功率密度，從而在鋰電池中使用時導(dǎo)致嚴(yán)重問題，難以投入實用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種硅碳復(fù)合物。

本發(fā)明還提供一種制備硅碳復(fù)合物的方法。

本發(fā)明還提供一種鋰電池負極活性材料。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種硅碳復(fù)合物，包括表面經(jīng)過去氧化處理的硅及導(dǎo)電碳基緩沖劑，所述硅分散在碳基緩沖劑中。

優(yōu)選地，所述表面經(jīng)過去氧化處理的硅的表面為非氧化合物。

優(yōu)選地，所述表面經(jīng)過去氧化處理的硅表面含氧量少于0.5%。

優(yōu)選地，所述表面經(jīng)過去氧化處理的硅的表面層為氫化物。

優(yōu)選地，所述表面經(jīng)過去氧化處理的硅的表面層為碳化物或鹵化物。

優(yōu)選地，所述硅為顆粒狀粉末和鱗片狀粉末中的至少一種。

優(yōu)選地，所述硅為單晶結(jié)構(gòu)、多晶結(jié)構(gòu)和非晶結(jié)構(gòu)中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電碳基緩沖劑為天然石墨、人造石墨、無定型碳黑、碳納米管、碳纖維和石墨烯中的至少一種。

一種鋰電池負極活性材料，所述負極活性材料使用硅碳復(fù)合物通過包覆燒結(jié)制成。

一種制備硅碳復(fù)合物的方法，所述方法包括：去除硅表面本征氧化層；將經(jīng)過去氧化處理的硅與導(dǎo)電碳基緩沖劑混合形成硅碳復(fù)合物。

優(yōu)選地，所述去除硅表面本征氧化層為濕法刻蝕鈍化法，包括：用氫氟酸溶液腐蝕去除硅顆粒表面的本征氧化層，不飽和配位的硅和氫離子反應(yīng)生成硅氫鍵，形成表面氫化物層。

優(yōu)選地，所述硅氫鍵與不飽和有機物反應(yīng)生成硅碳鍵形成碳化物層。

優(yōu)選地，所述硅氫鍵與鹵素或鹵化物反應(yīng)形成鹵化層。

優(yōu)選地，所述去除硅表面本征氧化層為干法還原鈍化法，包括：通過帶氫離子的還原性氣體在高溫條件下將硅表面的本征氧化層還原為硅，同時形成硅氫鍵，形成表面氫化物層。

在本發(fā)明的實施例中，有如下的技術(shù)效果：本發(fā)明的硅碳復(fù)合物與由帶有本征氧化層的硅顆粒制成的硅碳復(fù)合物相比，具有更好的充放電循環(huán)性和較低的初次循環(huán)不可逆電容量損失。本發(fā)明提供的硅碳復(fù)合電極材料的制備方法解決了硅復(fù)合材料制備成本高，不能批量生產(chǎn)的實際問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明硅碳復(fù)合物的制備示意圖；

圖2是本發(fā)明的傅里葉紅外譜圖；

圖3是本發(fā)明的TEM顯像比較圖；

圖4是本發(fā)明的充放電循環(huán)性能比較圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。