一种具有洋葱型结构的硅碳复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种具有洋葱型结构的硅碳复合材料及其制备方法和应用。硅碳复合材料包括石墨内核以及由内到外逐层依次包覆的第一包覆层、第二包覆层和第三包覆层；第一包覆层包括纯硅和硅氧化合物的组合或硅氧化合物；第二包覆层为导电剂和粘结剂的组合层；第三包覆层为无定形碳层；第一包覆层中硅和氧的原子摩尔比为1:(0.5

【技术实现步骤摘要】
一种具有洋葱型结构的硅碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于负极材料
，具体涉及一种具有洋葱型结构的硅碳复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]传统的石墨负极材料已经无法满足锂电池日益增长的能量密度需求，硅材料作为能量密度高和资源丰富的负极材料，其安全性能和比容量优于石墨，因此越来越受到电池行业的关注。但目前商业化的硅碳负极材料在使用时存在体积膨胀较大以及循环性能较差的问题，这是由于硅材料在嵌锂过程中发生巨大的体积膨胀，进而诱导产生极大的内应力，造成在充放电过程中硅颗粒表面形成的SEI膜不断发生破裂和再生，导致损失了电池中有限的活性锂离子，从而降低了电池的使用寿命和首次充电效率。
[0003]氧化硅材料(SiO
x
)既能发挥硅的高容量优势，又能够抑制硅的体积变化，同时硅氧负极的综合性能较好，是下一代高比能硅基负极材料的选择。在硅/锂合金化的过程中，伴随着巨大的体积变化效应。虽然氧原子的存在能够在原位生成惰性缓冲基质相，但是负极材料总体的体积效应影响仍然较大，其产生的机械应力会使得活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有洋葱型结构的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料包括石墨内核以及由内到外逐层依次包覆的第一包覆层、第二包覆层和第三包覆层；所述第一包覆层包括纯硅和硅氧化合物的组合或硅氧化合物；所述第二包覆层为导电剂和粘结剂的组合层；所述第三包覆层为无定形碳层；所述第一包覆层中硅和氧的原子摩尔比为1:(0.5
‑
2.0)。2.根据权利要求1所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述第一包覆层中硅和氧的原子摩尔比为1:(0.8
‑
1.2)；优选地，所述硅碳复合材料中硅的质量百分含量为5％
‑
20％；优选地，所述第二包覆层中导电剂包括炭黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管或石墨烯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第二包覆层中粘结剂包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或聚酰亚胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第二包覆层中导电剂和粘结剂的质量比为1:(5
‑
10)。3.根据权利要求1或2所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料中第一包覆层、第二包覆层和第三包覆层的总厚度为3
‑
5nm；优选地，所述石墨内核的平均粒径为5
‑
15μm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的硅碳复合材料，其特征在于，所述硅碳复合材料的X射线衍射图谱中硅和碳的衍射峰强度的比值为1:(10
‑
20)。5.一种制备根据权利要求1
‑
4中任一项所述的具有洋葱型结构的硅碳复合材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将硅源放置在管式炉管的一端进行一次加热，石墨材料放置在管式炉管的另一端通入保护性气体进行冷却，得到被第一包覆层包覆的石墨材料；(2)将导电剂、粘结剂和溶剂进行混合，对步骤(1)得到的被第一包覆层包覆的石墨材料进行液相包覆，而后进行二次加热，得到前驱体材料；(3)对步骤(2)得...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔乔，王巍，安洪旺，申津婧，高秀玲，马华，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：