[發明專利]硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池有效

申請號：	201310289774.6	申請日：	2013-07-10
公開（公告）號：	CN103367726A	公開（公告）日：	2013-10-23
發明（設計）人：	曾紹忠;趙志剛;陰山慧;王秀田;胡德言;陳效華	申請（專利權）人：	奇瑞汽車股份有限公司
主分類號：	H01M4/38	分類號：	H01M4/38;H01M10/0525
代理公司：	北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112	代理人：	羅建民;鄧伯英
地址：	241006 安徽***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	復合材料及其制備方法鋰離子電池
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

目前，生產使用的鋰離子電池主要采用石墨類負極材料，但石墨的理論嵌鋰容量為372mAh/g，實際已達到370mAh/g，因此，石墨類負極材料在容量上幾乎已無提升空間。

近十幾年，各種新型的高容量和高倍率負極材料被開發出來，其中硅基材料由于其高的質量比容量（硅的理論比容量為4200mAh/g）而成為研究熱點，然而這種材料在嵌脫鋰過程中伴隨著嚴重的體積膨脹與收縮，導致電極上的電活性物質粉化脫落，最終導致容量衰減。為了克服硅基負極材料的比容量衰減，常用的方法有兩種，方法一是將納米硅顆粒均勻地分散到其他活性或非活性材料基體中（如Si-C、Si-TiN等），如中國專利CN02112180.X公開了鋰離子電池負極用高比容量的硅碳復合材料及制備方法；方法二是在硅基負極材料中預置孔隙，如垂直生長在不銹鋼基底上的硅納米線（Chan,C.K.;Peng,H.L.;Liu,G.;McIlwrath,K.;Zhang,X.F.;Huggins,R.A.;Cui,Y.,High-performance?lithium?battery?anodes?using?silicon?nanowires.Nature?Nanotechnology2008,3(1),31-35.）、空心納米硅球（Chen,D.;Mei,X.;Ji,G.;Lu,M.;Xie,J.;Lu,J.;Lee,J.Y.,Reversible?Lithium-Ion?Storage?in?Silver-Treated?Nanoscale?Hollow?Porous?Silicon?Particles.Angewandte?Chemie?International?Edition2012,51(10),2409-2413.）及多孔硅（Kim,H.;Han,B.;Choo,J.;Cho,J.,Three-Dimensional?Porous?Silicon?Particles?for?Use?in?High-Performance?Lithium?Secondary?Batteries.Angewandte?Chemie?International?Edition2008,47(52),10151-10154.）。

上述兩種方法非常有效地克服了硅基負極材料的比容量衰減問題，但由于上述方法采用的非常復雜的合成工藝，費時費力，難以規模化生產。因此，開發一種原料易得、工藝簡單、且能有效抑制硅的體積效應的制備工藝，是制備高容量硅基負極材料領域要解決的難題之一。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足，提供一種硅碳復合材料及其制備方法、鋰離子電池，該方法制得的復合材料的碳與硅基材料之間有均勻的孔隙，降低了硅碳復合材料的體積效應。

解決本發明技術問題所采用的技術方案是提供一種硅碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）在單質碳基材料上形成二氧化硅，得到二氧化硅-碳基復合材料；

（2）用活潑性大于硅的金屬將所述二氧化硅-碳基復合材料中的所述二氧化硅還原成硅，得到金屬氧化物-硅-碳基復合材料；

（3）用酸將所述金屬氧化物-硅-碳基復合材料中的所述金屬氧化物腐蝕掉，得到硅碳復合材料。

優選的是，所述步驟（1）具體為：將能夠水解的含硅的物質水解，在所述單質碳基材料中生成所述二氧化硅，得到所述二氧化硅-碳基復合材料。

優選的是，所述能夠水解的含硅物質為硅酸酯、硅酸鹽、硅的鹵化物中的一種或幾種。

更優選的是，所述能夠水解的含硅物質為正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯、正硅酸四丁酯、硅酸鈉、硅酸鉀、四氟化硅、四氯化硅、四溴化硅中的一種或幾種。

優選的是，所述單質碳基材料為石墨烯、碳納米管、氣相生長碳纖維、乙炔黑、膨脹石墨、石墨中的一種或幾種。

優選的是，所述活潑性大于硅的金屬為鋰、鈉、鉀、鎂、鈣、鋁、鈦中的一種或幾種。