[發明專利]一種硅基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010542046.1
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111653759A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 查曉娟;劉兆平;季晶晶;王益;郎慶安
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;寧波富理電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 豆貝貝

本發明提供了一種硅基復合材料及其制備方法。本發明提供的硅基復合材料，包括：硅基基體，包覆在所述硅基基體表面的快離子導體層，和包覆在所述快離子導體層表面的碳層；所述快離子導體層的快離子導體為LiAlSi_xO_y，其中，x≥1，y≥1。本發明在硅基基體表面依次包覆特定的快離子導體層LiAlSi_xO_y和碳涂層，有效改善了硅基負極材料的電荷傳輸阻抗較高以及功率輸出較低的問題，有利于倍率性能的提升；同時，上述特定的雙包覆層配合，可有效緩解硅基材料的膨脹，提高循環性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，特別涉及一種硅基復合材料及其制備方法。

背景技術

過去20年里，鋰離子電池已經在便攜式電子設備市場占據主要地位，在電動汽車行業也取得巨大進步。石墨作為鋰離子電池最多使用的負極材料，其理論容量為372mAh/g，能量密度在150Wh/kg以下，遠不滿足能量密度350Wh/kg的要求，因此，新型鋰離子電池負極材料的研究迫在眉睫。

硅負極材料由于理論容量高達3590mAh/g，工作平臺電壓高，環境友好并且儲量豐富，被認為最具有希望取代石墨，在未來負極材料市場上將占據主要地位。但是，在硅負極的實際使用過程中，也存在著較多的挑戰，在硅負極充放電過程中，體積膨脹高達300％，造成硅材料的粉化以及SEI膜的破裂再生，使得硅負極材料容量快速下降，首次庫倫效率低，同時，在市場應用方面，對于快充快放性能也有著更高的要求。

為解決上述問題，大量研究者通過各種方法改善膨脹，提高材料的循環穩定性和倍率性能。主要技術手段包括兩類：一是直接對硅材料進行結構設計，包括：薄膜、納米線、納米棒等實心結構設計和納米管、空心球、多孔硅等空心結構設計；二是引入其他功能材料與硅基材料復合化，并綜合結構設計優化，例如金屬材料修飾、導電碳材料修飾、復雜結構設計優化等。如CN108682796A中采用合金作為包覆層，CN108493428A中采用快離子鋰鹽作為包覆層，CN109950481A中采用聚合物電解質作為包覆層。然而，上述包覆材料仍然不能有效改善循環穩定性和倍率性能，且制備方法存在過程復雜、包覆層強度低、包覆厚度不均勻等缺點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種硅基復合材料及其制備方法。本發明提供的硅基復合材料能夠有效提高循環穩定性和倍率性能。本發明提供的制備方法簡單易行、包覆效果好。

本發明提供了一種硅基復合材料，包括：

硅基基體，

包覆在所述硅基基體表面的快離子導體層，

和包覆在所述快離子導體層表面的碳層；

所述快離子導體層的快離子導體為LiAlSi_xO_y，其中，x≥1，y≥1。

優選的，所述硅基基體為SiO_z，其中，0.6≤z≤1.6。

優選的，所述快離子導體選自LiAlSiO₄、LiAlSi₂O₆和LiAlSi₃O₈中的一種或幾種。

優選的，所述硅基基體與快離子導體層的質量比為1∶(0.01～10)；

所述硅基基體與碳層的質量比為1∶(0.001～0.5)。

本發明還提供了一種上述技術方案中所述的硅基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a)將鋁鹽化合物、鋰鹽化合物和二氧化硅溶于溶劑中后燒結，得到快離子包覆劑；

b)將硅基基體與所述快離子包覆劑混合，得到前驅體粉末；