[發明專利]一種硅碳復合材料、其制備方法及含有該材料的二次電池

有效

• 申請號: 201711215433.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841803B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 劉欣;黃起森;官英杰;溫嚴;盛長亮;梁成都
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京匯思誠業知識產權代理有限公司 11444
• 代理人: 王剛;龔敏

本發明涉及二次電池技術領域，具體講，涉及硅碳復合材料、其制備方法及含有該材料的二次電池。本發明的硅碳復合材料的內核為多孔含硅物質，所述多孔含硅物質內含有金屬元素，所述多孔含硅物質表面具有碳包覆層；所述硅碳復合材料的比表面積與所述多孔含硅物質的比表面積之比為0.2?0.8。本發明提供的硅碳復合材料為具有自支撐結構的多孔硅復合材料，該材料不僅具備傳統中空/多孔結構材料優秀的循環性能，同時還能抵擋壓實工序的大壓力而保持自身結構不被破壞，從而達到制備長壽命高能量密度電池的目的。

技術領域

本發明涉及二次電池領域，具體講，涉及一種硅碳復合材料、其制備方法，及含有該材料的二次電池。

背景技術

隨著各種便攜式電子設備的日益普及及電動汽車、可再生能源儲能系統的加速發展，人們對鋰離子電池的能量密度、功率密度、循環壽命及安全性等性能要求越來越高。目前常見的鈷酸鋰(正極)/石墨(負極)體系鋰離子電池其能量密度已接近其理論極限，為進一步提升電池的能量密度，新型正負極材料亟待發展。在負極材料方面，石墨的實際比容量(達360mAh/g)已接近其理論比容量(372mAh/g)，硅因其具有遠高于石墨的理論比容量(～3600mAh/g)、低的放電平臺(～0.2V vs.Li⁺/Li)以及資源豐富等優勢而受到廣泛關注。但硅負極材料在嵌脫鋰過程中存在巨大的體積變化，造成材料容易粉化破碎、與集流體剝離以及發生持續不斷的界面副反應，導致材料的比容量在循環過程中迅速下降，嚴重限制了硅負極材料的商業化進程。

為解決上述問題，對硅材料進行納米化、復合化及中空/多孔化等結構設計成為人們的研究熱點。但中空/多孔結構硅基復合材料在實際電池應用中還存在不耐壓的問題。在實際電極制備過程中，電極均需經過壓實工序降低極片厚度以提高最終電池的能量密度，而目前報道的中空/多孔材料在經過較大壓力作用后表面包覆層往往會破裂粉碎，材料內部預留膨脹的空間被擠出釋放，材料及電池在充放電過程中仍將面臨較大的體積膨脹，材料與電解液之間的界面副反應也仍將持續進行，喪失了材料原本的優勢；但如果不經壓實工序而直接使用極片的話，電極在后續工序中容易發生掉粉現象，同時制備的電池能量密度大大下降，與以石墨為負極材料的電池相比不具備優勢。

發明內容

本發明的首要發明目的在于提供一種硅碳復合材料。

本發明的第二發明目的在于提供一種上述硅碳復合材料的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種含有上述硅碳復合材料的電池。

為了完成本發明的目的，采用的技術方案為：

本發明涉及一種硅碳復合材料，

所述硅碳復合材料的內核為多孔含硅物質，所述多孔含硅物質內含有金屬元素，所述多孔含硅物質表面具有碳包覆層；

所述硅碳復合材料的比表面積與所述多孔含硅物質的比表面積之比為0.2-0.8；優選所述硅碳復合材料的比表面積與所述多孔含硅物質的比表面積之比為0.25-0.40。

本發明的技術方案至少具有以下有益的效果：

本發明提供的硅碳復合材料為具有自支撐結構的多孔硅復合材料，該材料不僅具備傳統中空/多孔結構材料優秀的循環性能，同時還能抵擋電池制備過程中壓實工序的大壓力而保持自身結構不被破壞，從而達到制備長壽命高能量密度鋰離子二次電池的目的。

附圖說明

圖1a為實施例1制備得到的硅碳復合材料的二次電子成相SEM圖；

圖1b為實施例1制備得到的硅碳復合材料被散射成相SEM圖；

圖2a為對比例1制備得到的硅碳復合材料的二次電子成相SEM圖；

圖2b為對比例1制備得到的硅碳復合材料被散射成相SEM圖；