[發(fā)明專利]復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610016711.7
• 申請(qǐng)日: 2016-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN106960947A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田華軍;何偉;韓偉強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用，例如作為硅合金-硅氧化物負(fù)極活性材料的用途和/或其在電池，特別是鋰離子電池中的應(yīng)用，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

環(huán)境污染和氣候變化是21世紀(jì)一大難題，為了解決這個(gè)問題，各國(guó)政府都投入了很大的精力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，例如：太陽(yáng)能，風(fēng)能，潮汐能等等。鋰離子電池作為一種可靠的儲(chǔ)能手段，自問世以來就是研究的熱點(diǎn)。目前，商品化的鋰離子電池負(fù)極材料采用的是碳材料，這些碳負(fù)極材料的最大比容量只有372mAh/g，不能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需要，且循環(huán)壽命很短。另外實(shí)際應(yīng)用中也暴露出碳負(fù)極材料存在許多缺陷，安全性能較差，非石墨類碳材料存在明顯的電壓滯后現(xiàn)象，并且碳電極的性能容易受制備工藝的影響等，這些因素直接制約了鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。隨著在新能源汽車、風(fēng)能太陽(yáng)能儲(chǔ)能、智能電網(wǎng)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域巨大應(yīng)用市場(chǎng)逐步明朗化，動(dòng)力鋰離子電池受到了空前的關(guān)注。

與其他負(fù)極材料相比，硅基負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰容量高達(dá)3579mAh/g,具有較低的脫嵌鋰電位(<0.5V vs.Li/Li+)等優(yōu)點(diǎn)，因此一經(jīng)提出就受到研究者的廣泛關(guān)注并成為研究熱點(diǎn)，有望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而，研究者發(fā)現(xiàn)硅基負(fù)極材料在脫嵌鋰過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積變化(體積膨脹超過300％)，由于體積變化而造成電極粉化、剝落等問題導(dǎo)致性能急劇下降，循環(huán)性能差。同時(shí)，硅基負(fù)極材料的首次庫(kù)倫效率也較低，硅本征導(dǎo)電率低，形成的SEM不穩(wěn)定容易脫落。這些缺點(diǎn)限制了它在鋰離子電池中的實(shí)際應(yīng)用。另外，制備高性能硅基負(fù)極材料的制備工藝較復(fù)雜和制備成本也較高。

因此，本領(lǐng)域亟待開發(fā)出一種理論容量高，成本低，循環(huán)穩(wěn)定性好的負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合材料、其制備方法與應(yīng)用，其具有理論比容量高、電池循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種復(fù)合材料，它具有能與鋰反應(yīng)的反應(yīng)相，包括硅合金以及包覆于所述硅合金表面的硅氧化物SiO_x，0<x<2，

優(yōu)選的，所述復(fù)合材料的尺寸為微米或亞微米級(jí)別，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述復(fù)合材料的粒徑為0.1μm～50μm，尤其優(yōu)選為0.1μm～1μm

在所述的復(fù)合材料中，所述硅合金的質(zhì)量百分比含量為1～99％；且所述硅氧化物的質(zhì)量百分比含量為1～99％。

在所述的復(fù)合材料中，所述硅合金優(yōu)選為金屬硅、鐵硅合金、鋁硅合金、或鎂硅合金，但不限于此。

相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種復(fù)合材料的制備方法，以硅合金為原材料依次經(jīng)過機(jī)械球磨和高溫煅燒制備而得。

進(jìn)一步的，所述的高溫煅燒溫度為400℃～1200℃，進(jìn)一步優(yōu)選自下組：400℃，600℃，800℃，1000℃，1200℃；

進(jìn)一步的，所述的高溫煅燒時(shí)間為1h～6h，進(jìn)一步優(yōu)選自下組：1h，2h，3h，4h，5h，6h。

優(yōu)選的，所述的機(jī)械球磨方法為濕法球磨，其中的溶劑包括去離子水、無水乙醇、乙二醇和丙酮中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

優(yōu)選的，所述機(jī)械球磨的球磨氣氛包括空氣、氬氣、氮?dú)猓睔饣驓鍤浠旌蠚夥铡?/p>

優(yōu)選的，所述機(jī)械球磨的球磨轉(zhuǎn)速為200r/min～500r/min，進(jìn)一步優(yōu)選自下組：200r/min，250r/min，300r/min，350r/min，400r/min，450r/min，500r/min。

優(yōu)選的，所述機(jī)械球磨的球磨時(shí)間為1h～64h，進(jìn)一步優(yōu)選自下組：1h，2h，4h，8h，12h，24h，36h，48h，64h。

優(yōu)選的，所述機(jī)械球磨中采用的球料比為1:1～20:1，進(jìn)一步優(yōu)選自下組：1:1，2:1，3:1，4:1，5:1，6:1，8:1，12:1，16:1，20:1。

優(yōu)選的，所述機(jī)械球磨中采用的磨球包括鋼球，瑪瑙球，剛玉球，碳化鎢球以及氧化鋯球中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種電池負(fù)極材料，它包含作為負(fù)極活性材料的、如上所述的復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述負(fù)極材料包含60wt％～80wt％所述的復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述負(fù)極材料還包含導(dǎo)電劑和/或黏結(jié)劑。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述負(fù)極材料包含10wt％～20wt％導(dǎo)電劑。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述負(fù)極材料包含10wt％～20wt％黏結(jié)劑。