[發明專利]復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810710374.0
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN110676440A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 董鑫怡;賀勁鑫;靳承鈾;黃勇
• 申請（專利權）人: 江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 44334 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司
• 代理人: 蘇廣秀;徐麗

本發明提供一種復合材料及其制備方法，所述復合材料用于制作鋰離子電池，所述復合材料為三層核殼結構，其中內核為Li?Si?O基體，中間層為碳層，最外層為LiAlO₂包覆層，所述制備方法包括將原材料SiOx進行碳包覆處理得到SiOx/C材料；在一定溫度下，將SiO_X/C材料與鋁鹽在PH緩沖液中反應一段時間，經過濾干燥后得到SiO_X/C與Al(OH)₃的復合物；將SiO_X/C和Al(OH)₃的復合物與鋰源預混合，在惰性氣氛下進行熱處理，最終得到Li?Si?O/C和LiAlO₂的復合物。本發明提供的復合材料提高了首次庫倫效率和循環穩定性，且制備方法操作簡單、制作成本低。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制作領域，尤其涉及一種復合材料及其制備方法。

背景技術

現階段鋰離子電池正極開始使用高鎳三元材料，負極材料技術變成了瓶頸。硅碳材料是目前公認能夠取代傳統石墨，滿足高比能量電池對負極材料能量密度的要求。目前的硅碳負極是氧化硅碳包覆后和石墨按比例混合得到相應能量密度的材料，氧化硅材料目前本身主要問題在于：首次充放電活性Li離子會與材料中的O反應得到Li₂O、Li₄SiO₄等惰性物質，導致目前碳包覆氧化硅首次效率偏低，影響正極材料容量發揮，難以得到更高能量密度的電池；雖然碳包覆氧化硅材料循環性能更好，但在循環過程中仍然存在較大的體積變化，導致循環性能不如石墨。預鋰化技術是解決上述問題的有效方案，現有技術將能夠生產SiO氣體的原料粉末和含鋰化合物或鋰金屬混合燒結從而得到預摻鋰材料，雖然可以有效提高首次效率但是鋰源是在原料合成過程中引入，會導致Si晶粒過度生長，降低循環性能。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種復合材料及其制備方法，其能夠有效提高材料首次庫倫效率和循環穩定性。

本發明提供一種復合材料，用于制作鋰離子電池，所述復合材料為三層核殼結構，其中內核為Li-Si-O基體，中間層為碳層，最外層為LiAlO₂包覆層。

進一步的，所述Li-Si-O基體的平均粒徑為1-10μm，所述碳層的厚度為50-1000nm，所述LiAlO₂包覆層的厚度為10-100nm。

一種所述復合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，將原材料SiOx進行碳包覆處理得到SiOx/C材料；

步驟2，在一定溫度下，將SiO_X/C材料與鋁鹽在PH緩沖液中反應一段時間，經過濾干燥后得到SiO_X/C與Al(OH)₃的復合物；

步驟3，將SiO_X/C和Al(OH)₃的復合物與鋰源預混合，在惰性氣氛下進行熱處理，最終得到Li-Si-O/C和LiAlO₂的復合物。

進一步的，所述步驟1中碳包覆的方法為高溫固相熔融法或CVD法。

進一步的，所述步驟1中的SiOx的平均粒徑為1-10μm，其中0＜X＜2。

進一步的，所述步驟2中的鋁鹽為氯化鋁、硫酸鋁、偏鋁酸鈉、硝酸鋁及異丙醇鋁中的一種，PH緩沖液為氨水-氯化銨、甘氨酸-鹽酸、醋酸-醋酸鈉及鄰苯二甲酸酯-鹽酸中的一種。

進一步的，所述步驟2中的反應溫度為50℃-90℃，反應時間為0.5h-6h。

進一步的，所述步驟2中的過濾方式為離心過濾、減壓過濾、真空過濾中的一種。

進一步的，所述步驟3中的鋰源為氨基鋰、碳酸鋰、氫化鋰、氫氧化鋰、氫化鋰鋁及氧化鋰中的一種或者任意組合。