一种硅复合材料及其制备和应用制造技术

一种硅复合材料包括硅和至少一种元素，硅与元素的质量比例的范围为10：1—2：1，元素原子半径大于硅的原子半径且小于钫的原子半径，硅原子可以承载锂离子，硅复合材料是以元素掺杂方式修饰硅，该掺杂方式扩大了锂离子迁移，使锂离子迁移的更加方便迅速，极大地降低了锂离子在硅复合材料里的残留量，从而提高首圈库伦效率高达94.1％，获得高容量，长寿命的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
一种硅复合材料及其制备和应用
本专利技术涉及一种硅复合材料及其制备和应用，特别涉及硅复合材料作为高库伦效率锂离子电池材料的应用。
技术介绍
硅是一种电池负极，每个硅原子可以承载约四个锂原子。这种锂化机制由于大量锂原子的嵌入而导致巨大的体积变化。从Si转换到Li4.4Si时，体积膨胀约为420％。锂嵌入/脱出过程中的这种大的体积膨胀/收缩导致大的应力，从而会导致Si的破裂和粉碎，导致电接触的损失和容量的衰减。为了解决材料粉化问题，研究者硅纳米线可以承受大应变而不粉碎从而绕过这个问题。过去的文章报道中通过研究单个球形Si纳米颗粒锂化行为发现了断裂是具有尺寸依赖性的，还发现了临界粒径(≈150nm)。当颗粒的直径低于这个值的时候，颗粒初始锂化时不会发生破裂。当颗粒直径高于此值时，颗粒将首先形成表面裂纹，然后由于锂化诱导的应力而断裂。尽管纳米尺寸的硅已经有效解决了粉化问题而获得长循环性能，但纳米硅的超大的比表面积使得大量固态电解质层(SEI)的形成导致低初始库仑效应，从而导致不可逆的容量损失。目前学术界多采用包覆的方法，专利CN106058257A公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料包括硅和至少一种原子半径大于硅且小于钫的元素，所述硅与元素的质量比例范围为10：1—2：1。/n

【技术特征摘要】
1.一种硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料包括硅和至少一种原子半径大于硅且小于钫的元素，所述硅与元素的质量比例范围为10：1—2：1。


2.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述元素为元素周期表中不包括镍、汞、碳、硅、磷、氮以及放射性元素的IA族，VIII10族、IIB族、IVA族、VA族元素。


3.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述元素为锗，锡，砷，锌中的一种或多种。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述元素为锗，所述硅与锗的质量比为7:1、1:1、1:7。


5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅复合材料的制备方法包括球磨法、激光刻蚀法、化学合成法、物理气相沉积法、高温烧结法。


6.根据权利要求5所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述球磨法的步骤如下：
(1)混合块状硅和元素，进行球磨，得到混合粉末；
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱斌，朱嘉，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32