一种硅基复合负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括硅基内核，包覆在硅基内核外层的非晶态锂快离子导体以及位于最外层的碳包覆层。还公开了所述硅基复合负极材料的制备方法，包括：S1、采用液相法在硅基材料表面包覆非晶态快离子导体，得到中间体1；S2、利用化学气相沉积法在中间体1的表面包覆碳得到。本发明专利技术所述硅基复合负极材料能够有效抑制硅基内核的膨胀，提高界面的化学稳定性，有利于首次效率和首次充电比容量的提升。首次效率和首次充电比容量的提升。首次效率和首次充电比容量的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基复合负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于硅基负极材料领域，尤其涉及一种硅基复合负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于各种便携式电子设备与新能源汽车的高速发展，市场上对高能量密度锂离子电池的需求愈来愈紧迫。高能量密度锂离子电池的发展与正负极材料比容量的提升不可分割，石墨负极显然已经不能满足条件。
[0003]氧化亚硅材料以其能量密度高、材料来源广泛等优点而应用于高能量密度的锂离子电池，但是存在满电膨胀大、首次效率低及其快充性能差等缺陷。同时会引发电极结构坍塌、活性物质颗粒粉碎、SEI膜破裂重生等问题，这也是当前硅基负极材料在科研中的急需突破的瓶颈。为了缓解硅体积膨胀问题，目前常规方法是包碳。但是，亚硅@碳材料经过一定次数的循环后会出现碳壳在应力作用下的疲劳破裂，导致电化学性能仍不理想。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供了一种硅基复合负极材料，以硅基为内核、非晶态锂快离子导体为中间层，碳材料为外壳，能够有效抑制硅基内核的膨胀，提高界面的化学稳定性，有利于首次效率和首次充电比容量的提升。
[0005]本专利技术具体方案如下：
[0006]本专利技术提供了一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括硅基内核，包覆在硅基内核外层的非晶态锂快离子导体以及位于最外层的碳包覆层。
[0007]优选地，非晶态锂快离子导体为Li2O
‑
B2O3‑
LiX体系，X选自F、Cl、Br、I中的一种。r/>[0008]优选地，非晶态锂快离子导体为Li2O
‑
B2O3‑
LiF。
[0009]优选地，作为内核的硅基材料选自元素硅、氧化亚硅、二氧化硅中至少一种。
[0010]本专利技术还提供了一种硅基复合负极材料的制备方法，包括：S1、采用液相法在硅基材料表面包覆非晶态快离子导体，得到中间体1；S2、利用化学气相沉积法在中间体1的表面包覆碳得到。
[0011]优选地，S1所述液相法具体包括：将硅基材料加入非晶态快离子导体溶液中，超声处理0.5
‑
2h；干燥、研磨，然后在惰性气氛下，于500
‑
600℃处理7
‑
10h，得到中间体1。
[0012]优选地，所述非晶态快离子导体溶液是以氢氧化锂一水合物、硼酸、卤化锂为原料溶解于水中得到。
[0013]优选地，S2所述化学气相沉积法，是以乙炔作为碳源，在800
‑
1000℃下沉积4
‑
8h得到。
[0014]本专利技术有益效果为：
[0015]本专利技术以非晶态锂快离子导体为中间包覆层对硅基材料进行包覆，能够显著提升界面的化学稳定性，有效增强硅基负极材料的首次效率和首次充电比容量；进一步以碳包覆层作为最外层，能够有效抑制充放电过程中硅基材料的体积变化，改善硅基材料的导电
性，提高首次效率，降低硅基材料在充放电过程中的副反应。
附图说明
[0016]图1为本专利技术所述硅基复合负极材料的结构示意图，其中1
‑
硅基内核；2
‑
非晶态锂快离子导体；3
‑
碳包覆层；
[0017]图2为实施例1制备得到的硅基复合负极材料在不同倍数下的SEM图；
具体实施方式
[0018]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本专利技术的范围。
[0019]实施例1
[0020]一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括氧化亚硅内核，包覆在氧化亚硅内核外层的非晶态锂快离子导体Li2O
‑
B2O3‑
LiF以及位于最外层的碳包覆层。其制备方法包括如下步骤：
[0021]S1、将10g SiO缓慢加入非晶态快离子导体溶液中，超声30min，而后水浴80℃蒸干，真空烘干并充分研磨，最后在管式加热炉中进行高温处理，以N2作保护气，在500℃(升温速率为5℃/min)处理8h，得到中间体1(记为LBF@SiO)；
[0022]其中，非晶态快离子导体溶液是以LiOH
·
H20、H3BO3、LiF为原料，按照摩尔比2:2:1称取LiOH
·
H20、H3BO3、LiF溶解于适量去离子水中，搅拌0.5h即得；
[0023]S2、称取10g中间体1(LBF@SiO)放在瓷舟中，然后置于氮气保护气氛中的管式炉中，以5℃/min的升温速率将管式炉升温至900℃通入乙炔气体，气体流量为3mL/min，在900℃下沉积6h，停止通入乙炔气体，降温后，制得本专利技术所述硅基复合材料，记为C@LBF@SiO。
[0024]本专利技术所述硅基复合负极材料的结构示意图如图1所示；本实施例得到的硅基复合材料的SEM图如图2所示，可以看出，硅基复合材料的形貌与SiO原材料基本类似，呈块状形貌，2(c)中可以明显观察到材料表面包覆的碳层。
[0025]实施例2
[0026]一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括氧化亚硅内核，包覆在氧化亚硅内核外层的非晶态锂快离子导体Li2O
‑
B2O3‑
LiCl以及位于最外层的碳包覆层。其制备方法包括如下步骤：
[0027]S1、将10g SiO缓慢加入非晶态快离子导体溶液中，超声30min，而后水浴80℃蒸干，真空烘干并充分研磨，最后在管式加热炉中进行高温处理，以N2作保护气，在500℃(升温速率为5℃/min)处理8h，得到中间体1(记为LBCl@SiO)；
[0028]其中，非晶态快离子导体溶液是以LiOH
·
H20、H3BO3、LiCl为原料，按照摩尔比2:2:1称取LiOH
·
H20、H3BO3、LiCl溶解于适量去离子水中，搅拌0.5h即得；
[0029]S2、称取10g中间体1(LBCl@SiO)放在瓷舟中，然后置于氮气保护气氛中的管式炉中，以5℃/min的升温速率将管式炉升温至900℃通入乙炔气体，气体流量为3mL/min，在900℃下沉积6h，停止通入乙炔气体，降温后，制得本专利技术所述硅基复合材料，记为C@LBCl@SiO。
[0030]实施例3
[0031]一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括氧化亚硅内核，包覆在氧化
亚硅内核外层的非晶态锂快离子导体Li2O
‑
B2O3‑
LiBr以及位于最外层的碳包覆层。其制备方法包括如下步骤：
[0032]S1、将10g SiO缓慢加入非晶态快离子导体溶液中，超声1h，而后水浴80℃蒸干，真空烘干并充分研磨，最后在管式加热炉中进行高温处理，以N2作保护气，在600℃(升温速率为5℃/min)处理7h，得到中间体1(记为LBBr@SiO)；
[0033]其中，非晶态快离子导体溶液是以L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基复合负极材料，其特征在于，所述硅基复合负极材料包括硅基内核，包覆在硅基内核外层的非晶态锂快离子导体以及位于最外层的碳包覆层。2.根据权利要求1所述的硅基复合负极材料，其特征在于，非晶态锂快离子导体为Li2O
‑
B2O3‑
LiX体系，X选自F、Cl、Br、I中的一种。3.根据权利要求1或2所述的硅基复合负极材料，其特征在于，非晶态锂快离子导体为Li2O
‑
B2O3‑
LiF。4.根据权利要求1或2所述的硅基复合负极材料，其特征在于，作为内核的硅基材料选自元素硅、氧化亚硅、二氧化硅中至少一种。5.一种硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括：S1、采用液相法在硅基材料表面包覆非晶态快离子导体，得到中间体1；S2、利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：慈蒙蒙，常元钦，何慧娟，王如秀，路鹏飞，黄升政，刘超，江国庆，严烁，王莉，
申请(专利权)人：合肥国轩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：