一种复合材料及其制备方法、负极材料、负极片和锂离子电池技术

本发明专利技术提供一种复合材料及其制备方法、负极材料、负极片和锂离子电池，该复合材料包括：内核，包含硅氧锂化合物；疏水包覆层，部分或全部覆盖所述内核，所述疏水包覆层包含化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料及其制备方法、负极材料、负极片和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种复合材料及其制备方法、负极材料、负极片和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的应用不断拓展和加深，对于锂离子电池性能的要求也越来越多，特别是在电池的能量密度方面，传统的石墨负极材料已经不足以满足日益增长的市场需求。作为一种高比容量的负极材料，硅氧材料近来备受关注。硅氧负极材料的比容量超过2000mAh/g，但是相对于石墨材料来说，硅氧负极材料具有较低的首次库伦效率、较差的导电性能、较差的循环和倍率性能等，从而限制了它的实际应用。
[0003]为了改善硅氧材料的性能，企业、高校等相关机构开发了很多方法，比如在硅氧材料中掺杂锂元素，通过锂掺杂可以显著提升硅氧材料的首次库伦效率，但是锂掺杂后的硅氧材料由于碱性较高，在调配水性浆料时容易导致浆料不稳定，易产气和沉降，影响电池的制作，且制作得到的含锂硅氧材料的电子导电性能差，首次库伦效率及倍率性能低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可有效提升含锂硅氧材料的浆料稳定性，且具有良好的电子导电性能、高首次库伦效率、良好的循环稳定性能和高倍率性能的复合材料及其制备方法、负极材料、负极片和锂离子电池。
[0005]为实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种复合材料，包括：
[0007]内核，包含硅氧锂化合物；
[0008]疏水包覆层，部分或全部覆盖所述内核，所述疏水包覆层包含化学式为Li
a
SiO
b
X
c
的化合物M和化学式为Li
d
SiO
e
Y
f
的化合物N，其中，0＜a≤5，0＜b≤5，0＜c≤5，0＜d≤5，0＜e≤5，0＜f≤5，X为金属元素，Y为非金属元素。
[0009]在一些实施方式中，所述内核的直径大于0且小于等于500μm。
[0010]在一些实施方式中，所述疏水包覆层的厚度大于2nm且小于等于500nm。
[0011]在一些实施方式中，所述金属元素包括钒、锗、锌、锡、铝、镧、镁、铍、锑、银、钙、铜和钛中的至少一种。
[0012]在一些实施方式中，所述非金属元素包括磷、硼、氮和硫中的至少一种；
[0013]在一些实施方式中，所述疏水包覆层中化合物M和化合物N的质量比为(1
‑
100)：(1
‑
100)。
[0014]在一些实施方式中，所述复合材料还包括：外导电层，部分或全部覆盖所述疏水包覆层，所述外导电层包含碳材料。
[0015]在一些实施方式中，所述外导电层的厚度大于50nm且小于等于2000nm。
[0016]在一些实施方式中，所述疏水包覆层占所述复合材料的0.1wt％
‑
10wt％。
[0017]在一些实施方式中，所述外导电层占所述复合材料的0.1wt％
‑
10wt％。
[0018]本专利技术还提供了一种上述的复合材料的制备方法，包括：将包括所述硅氧锂化合物、X源和Y源的第一原料混合，然后烧结，得到烧成物。
[0019]在一些实施方式中，所述X源包括含X的氧化物和含X的盐类化合物中的至少一种。
[0020]在一些实施方式中，所述Y源包括含Y的氧化物和含Y的盐类化合物中的至少一种。
[0021]在一些实施方式中，所述硅氧锂化合物的制备方法包括：将包括硅氧化合物和含锂化合物的第二原料混合，然后在保护气氛或真空环境中进行焙烧，得到硅氧锂化合物。
[0022]在一些实施方式中，所述硅氧化合物的化学式为SiO
x
，其中，0＜x＜2。
[0023]在一些实施方式中，所述含锂化合物包括氢化锂、烷基锂、金属锂、氢化铝锂、氨基锂和硼氢化锂中的至少一种。
[0024]在一些实施方式中，所述硅氧化合物和所述含锂化合物的摩尔比为(0.5
‑
5)：1。
[0025]在一些实施方式中，所述焙烧在保护气氛中进行，可选地，所述保护气氛包括氦气、氖气、氩气和氮气中的至少一种。
[0026]在一些实施方式中，所述焙烧的温度为500℃
‑
1000℃，所述焙烧的时间为2h
‑
10h。
[0027]在一些实施方式中，所述硅氧锂化合物、所述X源和所述Y源的摩尔比为1：(0.001
‑
0.1)：(0.001
‑
0.1)。
[0028]在一些实施方式中，所述烧结的温度为300℃
‑
800℃，所述烧结的时间为2h
‑
6h。
[0029]在一些实施方式中，所述复合材料的制备方法还包括：对所述烧成物进行碳包覆以形成外导电层。
[0030]在一些实施方式中，所述碳包覆的方法包括：在保护性气氛或真空环境中，将包括所述烧成物和有机碳源的第三原料混合并进行热处理。
[0031]在一些实施方式中，所述外导电层与所述烧成物的质量比为1：(1
‑
1000)。
[0032]在一些实施方式中，所述热处理的温度为600℃
‑
1000℃，所述热处理的时间为0.5h
‑
10h。
[0033]在一些实施方式中，所述有机碳源包括烃类、树脂类、橡胶类、糖类、有机酸和沥青中的至少一种。
[0034]本专利技术还提供了一种负极材料，包括上述的复合材料或上述的制备方法制备得到的复合材料。
[0035]本专利技术还提供了一种负极片，包括上述的负极材料。
[0036]本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述的负极片。
[0037]本专利技术的有益效果：
[0038](1)本专利技术的复合材料包括包含硅氧锂化合物的内核以及部分或全部覆盖该内核的疏水包覆层，该疏水包覆层可有效保护包含硅氧锂化合物的内核，有效提升含锂硅氧材料的浆料稳定性，还可有效缓冲复合材料循环过程的膨胀，使得复合材料具有良好的电子导电性能、高首次库伦效率、良好的循环稳定性能和高倍率性能。
[0039](2)本专利技术通过将硅氧锂化合物与含金属的氧化物和含金属的盐类化合物中的至少一种以及含非金属的氧化物和盐类化合物中的至少一种反应，在硅氧锂化合物表面原位生成稳定的疏水包覆层，该疏水包覆层包含化学式为Li
a
SiO
b
X
c
的化合物M和化学式为Li
d
SiO
e
Y
f
的化合物N，化合物M的作用是增强导电性，化合物N的作用是固定包覆层、保持稳
定，化合物M和化合物N通过化学作用粘结，有效提升含锂硅氧材料的浆料稳定性，还可有效缓冲含锂硅氧材料循环过程的膨胀，得到的复合材料具有良好的电子导电性能、高首次库伦效率、良好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，包括：内核，包含硅氧锂化合物；疏水包覆层，部分或全部覆盖所述内核，所述疏水包覆层包含化学式为Li
a
SiO
b
X
c
的化合物M和化学式为Li
d
SiO
e
Y
f
的化合物N，其中，0＜a≤5，0＜b≤5，0＜c≤5，0＜d≤5，0＜e≤5，0＜f≤5，X为金属元素，Y为非金属元素。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述内核的直径大于0且小于等于500μm；和/或，所述疏水包覆层的厚度大于2nm且小于等于500nm；和/或，所述金属元素包括钒、锗、锌、锡、铝、镧、镁、铍、锑、银、钙、铜和钛中的至少一种；和/或，所述非金属元素包括磷、硼、氮和硫中的至少一种；和/或，所述疏水包覆层中化合物M和化合物N的质量比为(1
‑
100)：(1
‑
100)；和/或，所述复合材料还包括：外导电层，部分或全部覆盖所述疏水包覆层，所述外导电层包含碳材料。3.根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于，所述外导电层的厚度大于50nm且小于等于2000nm；和/或，所述疏水包覆层占所述复合材料的0.1wt％
‑
10wt％；和/或，所述外导电层占所述复合材料的0.1wt％
‑
10wt％。4.一种复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料为权利要求1或2所述的复合材料，所述制备方法包括：将包括所述硅氧锂化合物、X源和Y源的第一原料混合，然后烧结，得到烧成物。5.根据权利要求4所述的复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧锂化合物的制备方法包括：将包括硅氧化合物和含锂化合物的第二原料混合，然后在保护气氛或真空环境中进行焙烧，得到硅氧锂化合物；和/或，所述X源包括含X的氧化物和含X的盐类化合物中的至少一种；和/或，所述Y源包括含Y的氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓志强，谢维，庞春雷，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：惠州市鼎元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：