一种用于锂离子电池的硅基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅基复合材料，包含有硅氧锂化合物颗粒，以及包覆在硅氧锂化合物颗粒外的碳膜层或碳膜和导电添加剂的复合膜层；所述硅氧锂化合物颗粒具有核壳结构，外壳为致密的硅酸锂系化合物，内核为含锂量低于外壳的硅酸锂系化合物或不含锂的硅氧化合物，锂元素的含量从外壳至内核逐渐降低，且无明显界面；所述硅氧锂化合物颗粒还包含有均匀分散的单质硅纳米颗粒。此硅基复合材料由于其碳膜层或碳膜/导电添加剂的复合膜层、硅酸锂系化合物外壳的保护结构，不仅可应用于油系还可应用于水系匀浆体系，使之兼具优秀的电池性能与良好的加工性能，适合商业化使用。

Silicon based composite material for lithium ion battery and preparation method thereof

The invention relates to a silicon-based composite material, which comprises a lithium silicate compound particle, a carbon film or a carbon film coated on the outside of the lithium silicate compound particle and a composite film coated with a conductive additive; the lithium silicate compound particle has a core-shell structure, the shell is a compact lithium silicate compound, and the inner core is a lithium content lower than the outside. The lithium silicate compounds in the shell or the lithium-free silicon oxides, the lithium content gradually decreases from the shell to the core, and there is no obvious interface; the lithium silicate compound particles also contain uniformly dispersed silicon nanoparticles. Because of the protective structure of carbon film or carbon film/conductive additive composite film and lithium silicate compound shell, this silicon matrix composite material can be used not only in oil system but also in water system homogenate system, which has excellent battery performance and good processing performance, and is suitable for commercial use.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的硅基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种硅基复合材料及其制备方法。
技术介绍
由于近年来各种便携式电子设备、电动汽车以及储能系统的快速发展和广泛应用，对于能量密度高、循环寿命长的锂离子电池的需求日益迫切。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要为石墨，但由于理论容量低(372mAh/g)，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。由于硅负极材料具有其它负极材料无法匹敌的高容量优势，近些年来成为了研发热点，并逐渐从实验室研发走向商业应用。硅负极材料主要有两种，一是单质硅及其同碳材料的复合材料；另一种是硅氧化合物及其同碳材料的复合材料。单质硅负极材料具有很高的容量优势(室温下嵌锂态为Li15Si4，理论储锂容量约3600mAh/g)，是目前商业石墨负极材料理论容量的10倍左右。但是，单质硅负极材料在嵌脱锂过程中存在严重的体积效应，体积变化率约为300％，会造成电极材料粉化以及电极材料与集流体分离。另外，由于硅负极材料在电池充放电过程中不断地膨胀收缩而持续破裂，产成的新鲜界面暴露于电解液中会形成新的SEI膜，从而持续消耗电解液，降低了电极材料的循环性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅基复合材料，其特征在于：包含有硅氧锂化合物颗粒，以及包覆在硅氧锂化合物颗粒外的膜层，所述膜层为碳膜层或碳膜层与导电添加剂形成的碳膜/导电添加剂复合膜层；所述硅氧锂化合物颗粒具有核壳结构，核壳结构的外壳为致密的硅酸锂系化合物，核壳结构的内核为含锂量低于外壳的硅酸锂系化合物或不含锂的硅氧化合物，锂元素的含量从硅氧锂化合物颗粒的外壳至内核逐渐降低，且无明显界面；所述硅氧锂化合物颗粒还包含有均匀分散的单质硅纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种硅基复合材料，其特征在于：包含有硅氧锂化合物颗粒，以及包覆在硅氧锂化合物颗粒外的膜层，所述膜层为碳膜层或碳膜层与导电添加剂形成的碳膜/导电添加剂复合膜层；所述硅氧锂化合物颗粒具有核壳结构，核壳结构的外壳为致密的硅酸锂系化合物，核壳结构的内核为含锂量低于外壳的硅酸锂系化合物或不含锂的硅氧化合物，锂元素的含量从硅氧锂化合物颗粒的外壳至内核逐渐降低，且无明显界面；所述硅氧锂化合物颗粒还包含有均匀分散的单质硅纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的硅基复合材料，其特征在于：所述硅氧锂化合物颗粒的中值粒径在0.2-20μm之间，分散于硅氧锂化合物颗粒中的单质硅纳米颗粒的中值粒径在0.1-35nm之间；所述的硅氧锂化合物颗粒外的碳膜层或碳膜/导电添加剂复合膜层厚度在0.001-5μm之间；所述的硅氧锂化合物颗粒中，硅元素含量为49.9-79.9wt％，氧元素含量为20-50wt％，锂元素含量为0.1-20wt％，三种元素含量加和为100％；所述的碳膜层中，碳膜与硅氧锂化合物颗粒重量之比为0.01:100-20:100；所述的碳膜/导电添加剂复合膜层中，碳膜与硅氧锂化合物颗粒重量之比为0.01:100-20:100，导电添加剂与硅氧锂化合物颗粒重量之比为0:100-10:100。3.根据权利要求1所述的硅基复合材料，其特征在于：所述硅氧锂化合物颗粒还含有少量掺杂元素，所述掺杂元素的含量从硅氧锂化合物颗粒的外壳至内核逐渐降低，且无明显界面；所述的掺杂元素为P、F、Mg、Al、Ca、Cu、B、Fe、Mn、Zn、Zr、Ti、Sn中的一种或几种的组合；所述的硅氧锂化合物颗粒中，硅元素含量为49.89-79.89wt％，氧元素含量为20-50wt％，锂元素含量为0.1-20wt％，掺杂元素含量为0.01-10％，硅、氧、锂以及掺杂元素的含量加和为100％。4.权利要求1-3任一项所述硅基复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硅氧化合物颗粒表面包覆碳膜层，或碳膜/导电添加剂复合膜层，随后进行破碎和分筛处理；(2)将步骤(1)所得的材料同含锂化合物粉末进行均匀混合；或者将步骤(1)所得的材料同含锂化合物粉末及掺杂物质同时进行均匀混合；或者将步骤(1)所得的材料同掺杂物质先进行均匀混合并在非氧化气氛中进行热处理掺杂后，再同含锂化合物粉末进行均匀混合，其中所述掺杂物质为含有掺杂元素的单质或化合物粉末；(3)将步骤(2)所得的混合材料在非氧化气氛中进行加热处理，使锂元素或锂和掺杂元素扩散进入硅氧化合物颗粒，随后进行破碎和分筛处理，得到硅基复合材料。5.如权利要求4所述的硅基复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：所述硅氧化合物颗粒中的硅和氧元素的化学计量比为1:0.5-1:1.5；所述碳膜层通过化学气相沉积的方式直接得到，或者通过先进行碳前驱体包覆再在非氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，汪芳，王岑，赵志伟，叶兰，
申请(专利权)人：安普瑞斯南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32