一种硅基复合材料、制备方法以及负极和锂离子电池技术

本发明专利技术公开一种硅基复合材料的制备方法，包括：S1,将硅的粉料、氧化硅的粉料进行第一次碳包覆处理，得到第一粉体；S2,将第一粉体进行第二次碳包覆处理，得到第二粉体；S3，将第二粉体进行筛分、除磁处理，得到硅基复合材料。本发明专利技术还公开采用上述方法制备的硅基复合材料、以及包含上述硅基复合材料的锂离子电池负极和包含上述负极的锂离子电池。本发明专利技术具有首次库伦效率高、体积膨胀小等优点。体积膨胀小等优点。体积膨胀小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基复合材料、制备方法以及负极和锂离子电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池负极材料
，具体涉及一种硅基复合材料、制备方法以及负极和锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的迅猛发展，市场对高电池能量密度的锂离子电池的需求旺盛。单质硅有着4200mAh/g的理论容量，氧化硅有着2043mAh/g的理论容量，因而硅基负极材料越来越受关注。
[0003]但是，硅负极材料在脱嵌锂过程中会产生100％～300％的体积膨胀，巨大的体积变化会导致活性物质从集流体上脱落，从而导致循环性能急剧下降。而氧化硅负极材料，虽然其体积膨胀相比于硅负极材料要小很多，但是首次库伦效率较低。因此，为了制得既具有硅材料的高容量、高首效，又具有氧化硅材料的低膨胀率的硅基负极材料，研究人员提出了将硅与氧化硅结合起来。
[0004]在公开号为CN1674325的专利技术专利中，公开了将硅、硅合金或者氧化硅的初级微粒以及有机硅化合物或其混合物烧结，通过将硅或者硅合金微粒分散在硅基无机化合物粘结剂内，制备硅的复合材料，并在实施例给出了900mAh/g～2200mAh/g的其实充电容量，但是当容量在2000mAh/g以上时，其50周循环容量保持率较低；当容量在900mAh/g以上时，其首次效率较低。
[0005]再如，公开号为CN103474631A的专利技术专利中公开了一种氧化亚硅复合材料，其包括氧化亚硅基体、均匀沉积在氧化亚硅基体上的纳米硅材料以及氧化亚硅/纳米硅表面的纳米导电材料包覆层。所述氧化亚硅复合材料的制备方法包括纳米硅化学气相沉积、纳米导电材料的包覆改性、过筛和除磁处理。所述氧化亚硅复合材料虽然有着较高比容量(>1600mAh/g)和较高的首次库伦效率(>80％)，但是该方法引入气相沉积方法进行改性，在生产中大规模制备会大大提高生产成本，而且气相沉积的纳米硅数量无法控制，这会使纳米硅数量过多而引起在使用过程中产生的巨大体积膨胀而无法避免，导致循环性能较差。
[0006]因此，研发一种容量大、首次库伦效率高、体积膨胀小以及循环性能好的硅基负极材料是锂离子电池领域的技术难题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种首次库伦效率高、体积膨胀小的硅基复合材料、制备方法以及负极和锂离子电池。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种硅基复合材料的制备方法，其技术方案如下：
[0009]一种硅基复合材料的制备方法，包括：
[0010]S1,将硅的粉料、氧化硅的粉料进行第一次碳包覆处理，得到第一粉体；
[0011]S2,将第一粉体进行第二次碳包覆处理，得到第二粉体；
[0012]S3，将第二粉体进行筛分、除磁处理，得到硅基复合材料。
[0013]优选的是，所述第一次碳包覆处理包括以下步骤：
[0014]首先，将硅的粉料颗粒、氧化硅的粉料颗粒、第一碳源与第一溶剂进行湿法研磨处理，得到第一混合液；
[0015]然后，将第一混合液进行固液分离，将分离出的固体在保护气氛下进行第一次碳化处理，得到第一粉体。
[0016]优选的是，所述第一碳源为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、聚吡咯、聚苯胺中的一种或多种；
[0017]优选的是，所述第一溶剂为乙醇、异丙醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
[0018]优选的是，所述硅的粉料颗粒的粒径为1～50nm，所述氧化硅的粉料颗粒的粒径为0.5～20μm；
[0019]优选的是，所述第一混合液的固含量为10％～50％；
[0020]优选的是，所述硅的粉料颗粒与所述氧化硅的粉料颗粒的质量比为(1～20)：100；
[0021]优选的是，所述第一碳源的质量为所述氧化硅的粉料颗粒质量的5％～15％；
[0022]优选的是，所述研磨方式为球磨或者砂磨；
[0023]优选的是，所述第一混合液的固液分离方法为真空旋转蒸发、喷雾干燥、离心分离后干燥中的一种。
[0024]优选的是，所述第一次碳化处理温度为500℃～1000℃，时间1.0～6.0h；
[0025]优选的是，所述第二次碳包覆处理包括以下步骤：
[0026]首先，将第一混合粉体、添加剂、第二碳源和第二溶剂进行高速分散处理，得到第二混合液；
[0027]然后，将第二混合液喷雾干燥进行造粒，得到的粉体在保护气氛下进行第二次碳化处理，得到第二混合粉体。
[0028]优选的是，所述添加剂为碳纳米管或石墨烯；
[0029]优选的是，所述碳纳米管为单壁或者多壁。
[0030]优选的是，所述碳纳米管或石墨烯的质量为所述氧化硅的粉料颗粒的质量的0.01％～0.1％；
[0031]优选的是，所述第二碳源为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、聚吡咯、聚苯胺中的一种或多种；
[0032]优选的是，所述第二溶剂为乙醇、异丙醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
[0033]优选的是，所述高速分散处理时的线速度为10m/s～50m/s；
[0034]优选的是，所述第二碳源的质量为氧化硅的粉料颗粒质量的10％～30％；
[0035]优选的是，所述第二溶液的固含量为20％～40％。
[0036]优选的是，所述第二次碳化碳化温度为800℃～1100℃，时间为2～6h。
[0037]优选的是，所述保护气氛为He、N2、Ar或与H2的混合气，其中氢气体积含量为5％～30％；
[0038]根据本专利技术的另一个方面，提供一种硅基复合材料，其技术方案如下：
[0039]一种硅基复合材料，按上述的方法制备而成。
[0040]根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂离子电池负极，其技术方案如下：
[0041]一种锂离子电池负极，包含以上所述的硅基复合材料。
[0042]根据本专利技术的又一个方面，提供一种锂离子电池，其技术方案如下：
[0043]一种锂离子电池，其负极为包含以上所述的硅基复合材料的负极。
[0044]本专利技术的有益效果如下：
[0045]通过在硅、氧化硅之间具有包覆碳构成导电网络，可以有效提高材料导电性，并且，加入了石墨烯或纳米碳管作为添加剂，不仅可以有效缓解电池循环过程中因体积膨胀而破裂引起的电化学接触，稳定氧化亚硅在电极循环过程中结构变化，还可以进一步提高导电性。进行了两次碳化处理，使形成的碳包覆层更致密、更稳定，使的硅、氧化硅结合更紧密，抑制硅基复合材料在电池循环过程中的体积膨胀，并能够在表面形成稳定的SEI膜作为钝化层，减少锂电池在循环过程中电解液的消耗，改善材料的粉化，提高电池的循环性能，并且，致密的碳包覆层可以确保避免硅、氧化硅裸露，也可以提高硅基复合材料的导电性能。与传统的硅材料或氧化亚硅材料负极材料相比，结合了硅材料和氧化亚硅材料的优点，具有容量高、首次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基复合材料的制备方法，包括，S1,将硅的粉料、氧化硅的粉料进行第一次碳包覆处理，得到第一粉体；S2,将第一粉体进行第二次碳包覆处理，得到第二粉体；S3，将第二粉体进行筛分、除磁处理，得到硅基复合材料。2.根据权利要求1所述的硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一次碳包覆处理包括以下步骤：首先，将硅的粉料颗粒、氧化硅的粉料颗粒、第一碳源与第一溶剂进行湿法研磨处理，得到第一混合液；然后，将第一混合液进行固液分离，将分离出的固体在保护气氛下进行第一次碳化处理，得到第一粉体。3.根据权利要求2所述的硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一碳源为柠檬酸、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、聚吡咯、聚苯胺中的一种或多种；优选地，所述第一溶剂为乙醇、异丙醇、甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；优选地，所述硅的粉料颗粒的粒径为1～50nm，所述氧化硅的粉料颗粒的粒径为0.5～20μm；优选地，所述第一混合液的固含量为10％～50％；优选地，所述硅的粉料与所述氧化硅的粉料的质量比为(1～20)：100；优选地，所述第一碳源的质量为所述氧化硅的粉料颗粒质量的5％～15％；优选地，所述研磨方式为球磨或者砂磨；优选地，所述第一混合液的固液分离方法为真空旋转蒸发、喷雾干燥、离心分离后干燥中的一种。4.根据权利要求2所述的硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一次碳化处理温度为500℃～1000℃，时间1.0～6.0h。5.根据权利要求2所述的硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二次碳包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李硕，范协诚，袁芳伟，石佳光，胡保平，刘朗，
申请(专利权)人：新疆硅基新材料创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：