[發(fā)明專利]含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料、制備方法和鋰電池

有效

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• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111554909B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設計）人: 殷營營;劉柏男;羅飛
• 申請（專利權）人: 溧陽天目先導電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

1.一種含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料，其特征在于，所述負極材料具有核殼結構，由內向外依次包括內核、中間層和外殼；

所述內核具體包括一種或多種金屬摻雜元素與硅基材料復合形成的摻雜金屬硅基復合材料SiM_xO_y，其中，0＜x≤10，0≤y≤10，M具體包括Mg、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ge、Sn、Al、Na、B中的一種或幾種；所述金屬摻雜元素的形態(tài)為單質或氧化物；

所述中間層由所述硅基材料構成；

所述外殼為連續(xù)的碳顆粒或者碳薄膜構成的碳包覆層；

所述負極材料的直徑范圍在1um～60um；

在所述負極材料中，按質量比，內核：中間層：外殼＝[20％，95％]：(5％，60％]：(0％，20％]。

2.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，所述硅基材料為硅、二氧化硅、氧化亞硅中的任一種或幾種的組合。

3.根據權利要求1所述的負極材料，其特征在于，用于形成所述碳包覆層的碳源包括甲苯、甲烷、乙炔、葡萄糖、瀝青或高分子聚合物中的一種或多種。

4.一種上述權利要求1-3任一所述的含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

將硅基材料與金屬摻雜元素的單質或者氧化物注入反應器中形成混合粉體，將所述混合粉體在真空環(huán)境或保護氣氛下加熱至400℃-1200℃后，進行30min-5小時熱處理，并將所得產物磨碎形成平均粒徑在0.1～50μm的顆粒；

對所得顆粒的材料表層進行酸洗或堿洗處理，用以去除材料表層中所含的金屬摻雜元素；

對所述酸洗或堿洗處理后的產物進行碳包覆處理，得到所述含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述或堿洗處理具體為使用酸液或堿液對所得顆粒進行浸泡處理，再水洗至中性；所述酸液包括鹽酸、硝酸或磷酸中的一種；所述堿液包括氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液中的一種；

所述浸泡處理的浸泡時間為1小時-10小時。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述碳包覆處理具體采用氣相法、液相法或固相法中的一種；

所述氣相法具體包括：采用保護氣氛與碳包覆氣源混合，在化學氣相沉積CVD爐中對所述或堿洗處理后的產物進行氣相包覆；

所述液相法具體包括：采用液相碳源與所述酸洗或堿洗處理后的產物混合均勻后，在600℃～1100℃下保溫1小時～12小時，進行干燥和碳化包覆處理；

所述固相法具體包括：采用固相碳源與所述或堿洗處理后的產物混合均勻后，在600℃～1100℃下保溫1小時～12小時，進行碳化處理；或者，采用球磨機或整形機處理所述固相碳源與所述或堿洗處理后的產物的混合物料，使所述固相碳源包覆于所述或堿洗處理后的產物表面，再在600℃～1100℃下保溫1小時～12小時，進行碳化處理。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述保護氣氛包括惰性氣氛或氮氣氣氛。

8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述硅基材料為硅、二氧化硅、氧化亞硅中的任一種或幾種的組合。

9.一種負極極片，其特征在于，所述負極極片包括權利要求1-3任一所述的含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料。

10.一種鋰電池，其特征在于，所述鋰電池包括上述權利要求1-3任一所述的含金屬摻雜硅基復合材料的負極材料。