硅复合材料及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种硅复合材料及其制备方法、负极组合物、负极浆料、负极极片、二次电池以及用电装置。硅复合材料包括掺杂型含硅基材和位于掺杂型含硅基材表面的含锂层，掺杂型含硅基材包括含硅基材和掺杂到含硅基材中的掺杂元素；掺杂型含硅基材的电导率大于含硅基材的电导率。该硅复合材料中通过对硅基材进行掺杂并在掺杂型含硅基材的表面设置含锂层，可以促进锂离子电池嵌入到硅复合材料中，充分发挥硅复合材料的容量，进而改善二次电池的性能。进而改善二次电池的性能。进而改善二次电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
硅复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种硅复合材料及其制备方法、负极组合物、负极浆料、负极极片、二次电池以及用电装置。

技术介绍

[0002]随着二次电池研究的不断深入，多种多样的材料被应用到二次电池的制备中以用来改善二次电池的性能。其中，将硅材料使用到二次电池的负极中对电池的性能具有一定的改善作用。但是传统的硅材料与二次电池的负极难以较好地匹配，使得硅材料的容量难以得到充分的发挥，制约了二次电池性能的进一步提升。

技术实现思路

[0003]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的之一在于，提供一种硅复合材料及其制备方法、负极组合物、负极浆料、负极极片、二次电池以及用电装置，通过对硅材料进行改进，使得到的硅复合材料能够与电池的负极更好地匹配，进而改善锂离子电池的性能。
[0004]本申请的第一方面提供了一种硅复合材料，包括掺杂型含硅基材和位于所述掺杂型含硅基材表面的含锂层，所述掺杂型含硅基材包括硅基材和掺杂到所述硅基材中的掺杂元素；所述掺杂型含硅基材的电导率大于所述硅基材的电导率。
[0005]上述硅复合材料中通过对硅基材进行掺杂，使掺杂型含硅基材的电导率大于硅基材的电导率，并在掺杂型含硅基材的表面设置含锂层，可以促进锂离子电池嵌入到硅复合材料中，充分发挥硅复合材料的容量，进而改善二次电池的性能。
[0006]本申请的第二方面提供一种硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：在掺杂型含硅基材的表面形成含锂层，所述掺杂型含硅基材包括硅基材和掺杂到所述硅基材中的掺杂元素；所述掺杂型含硅基材的电导率大于所述含硅基材的电导率。
[0007]本申请的第三方面提供一种负极组合物，包括所述硅复合材料或者所述硅复合材料的制备方法制备的硅复合材料。
[0008]本申请的第四方面提供一种负极浆料，包括溶剂和所述负极组合物。
[0009]本申请的第五方面提供一种负极极片，包括集流体和负极活性层，所述负极活性层位于所述集流体的至少一个表面之上，所述负极活性层包括所述负极组合物或者由包括所述负极浆料的材料于所述集流体上固化后干燥形成。
[0010]本申请的第六方面提供一种二次电池，包括所述负极极片。
[0011]本申请的第七方面提供一种用电装置，包括所述二次电池。
附图说明
[0012]图1为本申请一实施方式中硅复合材料的结构示意图。
[0013]图2是本申请一实施方式的二次电池的示意图。
[0014]图3是图2所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
[0015]图4是本申请一实施方式的电池模块的示意图。
[0016]图5是本申请一实施方式的电池包的示意图。
[0017]图6是图5所示的本申请一实施方式的电池包的分解图。
[0018]图7是本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
[0019]图8是本申请实施例2中硅复合材料的颗粒形貌图。
[0020]图9是本申请实施例2中硅复合材料的XRD图。
[0021]图10是本申请实施例2中硅复合材料的元素分布图。
[0022]图11是本申请实施例2和对比例4中二次电池的快充性能对比图。
[0023]附图标记说明：
[0024]100、含锂层；200、掺杂型含硅基材；1、电池包；2、上箱体；3、下箱体；4、电池模块；5、二次电池；51、壳体；52、电极组件；53、顶盖组件。
具体实施方式
[0025]以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的电池组件、电池单体、二次电池和用电装置的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
[0026]本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60
‑
120和80
‑
110的范围，理解为60
‑
110和80
‑
120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1
‑
3、1
‑
4、1
‑
5、2
‑
3、2
‑
4和2
‑
5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a
‑
b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0
‑
5”表示本文中已经全部列出了“0
‑
5”之间的全部实数，“0
‑
5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
[0027]如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
[0028]如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
[0029]如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
[0030]如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以
仅包括或包含列出的组分。
[0031]如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真(或存在)并且B为假(或不存在)；A为假(或不存在)而B为真(或存在)；或A和B都为真(或存在)。
[0032]如果没有特别的说明，在本申请中，术语“正极片”、“正极极片”具有相同的含义，可以互换使用。术语“负极片”、“负极极片”具有相同的含义，可以互换使用。术语“隔膜”、“隔离膜”具有相同的含义，可以互换使用。
[0033]在二次电池的设计中，当将传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅复合材料，包括掺杂型含硅基材和位于所述掺杂型含硅基材表面的含锂层，所述掺杂型含硅基材包括含硅基材和掺杂到所述含硅基材中的掺杂元素；所述掺杂型含硅基材的电导率大于所述含硅基材的电导率。2.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述掺杂元素包括P型掺杂元素和N型掺杂元素中的至少一种；可选地，所述P型掺杂元素包括硼元素和铝元素中的至少一种；可选地，所述N型掺杂元素包括磷元素。3.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料满足以下特征中的一个或多个：(1)所述掺杂型含硅基材中的硅与所述含锂层中的锂的摩尔比为10:1～2:1；(2)以占所述硅复合材料的质量百分数计，所述掺杂元素的掺杂量≤10％；可选地，所述掺杂量为0.5％～5％；(3)所述掺杂型含硅基材为颗粒状；可选地，所述掺杂型含硅基材的粒径分布Dv50≤10μm；可选地，所述掺杂型含硅基材的粒径分布Dv50为5μm～10μm；(4)所述含硅基材包括硅、氧化亚硅以及二氧化硅中的一种或多种；可选地，所述含硅基材包括硅元素和氧元素；可选地，所述含硅基材包括硅元素和氧元素，其中，硅元素和氧元素的原子数量之比为1:0.1～1:2。4.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，还包括碳包覆层，所述碳包覆层位于所述含锂层的表面；可选地，所述碳包覆层包覆于所述含锂层的全部表面或者部分表面；可选地，所述碳包覆层与所述掺杂型含硅基材的质量比为1:6～1:1。5.根据权利要求1～4中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料还满足以下特征中的一个或多个：(1)所述硅复合材料为颗粒状；可选地，所述硅复合材料的粒径分布Dv50为5μm～15μm；(2)所述含锂层包括硅元素；可选地，所述含锂层包括硅酸锂，氢化锂，氟化锂，亚硫酸锂和锂硅合金中的至少一种。6.一种硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在掺杂型含硅基材的表面形成含锂层，所述掺杂型含硅基材包括硅基材和掺杂到所述硅基材中的掺杂元素；所述掺杂型含硅基材的电导率大于所述含硅基材的电导率。7.根据权利要求6所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，在所述掺杂型含硅基材的表面形成所述含锂层包括如下步骤：将所述掺杂型含硅基材与锂源混合，制备混合物；在保护气体氛围下，对所述混合物进行热处理。8.根据权利要求7所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，满足以下特征中的一个或多个：(1)所述掺杂型含硅基材中的硅与所述锂源中的锂的摩尔比为10:1～2:1；
(2)所述锂源包括单质锂、氢氧化锂、氢化锂、联苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：白文龙，王育文，游兴艳，武宝珍，郑蔚，叶永煌，金海族，吴凯，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：