【技术实现步骤摘要】
本申请属于电池材料，具体涉及一种硅基负极材料及制备方法和锂离子电池。
技术介绍
1、硅基材料具有比容量高、储量丰富、价格便宜、环境友好等优点，其理论比容量高达4200mah·g-1，放电平台为～0.4v vs.li/li+，既不会生成锂枝晶，也能保证全电池的工作电压，因此，硅基材料是最有机会替代当前石墨负极的下一代高能量密度的负极材料。
2、然而，硅基材料在循环过程中，嵌锂脱锂会造成巨大的体积膨胀(300％)，导致材料粉化，循环过程中容易出现固体电解质膜(sei膜)崩塌再重构，电极结构崩塌，活性物质之间与活性物质和集流体之间电子转移电阻增大等问题，同时硅基材料的电导率也较低，这些因素导致硅基负极材料的容量衰减严重、循环寿命差。因此，改善硅基材料的首效与循环寿命是硅基材料商业化应用的关键。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种硅基负极材料及制备方法和锂离子电池，旨在提高负极硅基材料的电性能，以满足便携式电子设备和电动汽车等应用环境对高能量密度和高运行可靠性的迫切需求。
2、一方面，本申请提供一种硅基负极材料，包括硅材料、包覆于所述硅材料表面的第一壳层和包覆于所述第一壳层表面的第二壳层；所述第一壳层包括导电材料，所述导电材料具有间隙；所述第二壳层包括碳。
3、在一些实施例中，所述硅材料、所述第一壳层、所述第二壳层的质量比为(60～80)：(5～10)：(10～20)。
4、在一些实施例中，所述硅材料选自硅单质、硅碳合金或硅氧化合物中的至少
5、在一些实施例中，所述硅材料的粒径为0.02～5μm。
6、在一些实施例中，所述第一壳层的厚度为0.2～5μm。
7、在一些实施例中，所述第二壳层的厚度为0.5～2μm。
8、在一些实施例中，所述第一壳层的孔隙率为60～90％。
9、在一些实施例中，所述导电材料包括super p、乙炔黑或碳纳米管中的一种或几种。
10、另一方面，本申请提供一种硅基负极材料的制备方法，包括如下步骤：
11、将硅源、有机溶剂、导电剂、分散剂和表面活性剂混合，反应固化，得到分散剂/导电剂包覆的硅材料，记作si@分散剂/cc；
12、将碳源与所述si@分散剂/cc混合，反应固化，得到碳源包覆的si@分散剂/cc，记作si@分散剂/cc@碳源；
13、对所述si@分散剂/cc@碳源进行热处理以去除分散剂，记作si@void/cc@碳源；
14、对所述si@void/cc@碳源进行烧结，得到所述硅基负极材料，记作si@void/cc@c。
15、在一些实施例中，所述有机溶剂包括二甲基亚砜或二甲基甲酰胺。
16、在一些实施例中，所述导电剂包括super p、乙炔黑ab或碳纳米管中的一种或几种。
17、在一些实施例中，所述分散剂包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种。
18、在一些实施例中，所述表面活性剂包括聚乙二醇辛基苯基醚、烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种。
19、在一些实施例中，所述碳源包括聚乙烯醇、沥青、单糖、二糖、多糖、糖类衍生物、聚酰亚胺、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚二乙烯基苯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或几种。
20、在一些实施例中，所述硅源：有机溶剂：导电剂：分散剂：表面活性剂的质量比为(5～10):(80～90)：(0.5～2)：(5～12)：(0.01～0.1)。
21、在一些实施例中，所述si@分散剂/cc：碳源的质量比为(1～5):(1～5)。
22、在一些实施例中，所述热处理的温度为200～250℃。
23、在一些实施例中，所述热处理的升温速率为1～5℃/min。
24、在一些实施例中，所述热处理的时间为4～12h。
25、在一些实施例中，所述烧结的温度为800～1100℃。
26、在一些实施例中，所述烧结的升温速率为1～5℃/min。
27、在一些实施例中，所述烧结的时间为4～12h。
28、在一些实施例中，对所述si@分散剂/cc@碳源进行热处理以去除分散剂的步骤包括：
29、使用改性剂处理si@分散剂/cc@碳源，得到si@分散剂/cc@改性碳源；
30、对所述si@分散剂/cc@改性碳源进行热处理以去除分散剂；
31、其中，所述改性剂包括碘化铵、磷酸氢铵或磷酸二氢铵中的一种或几种。
32、本申请还提供一种锂离子电池，包括负极极片，所述负极极片包括上述任意一种实施例中的硅基负极材料。
33、本申请提供的硅基负极材料，包括硅材料、包覆于硅材料表面的第一壳层和包覆于第一壳层表面的第二壳层；第一壳层包括导电材料，导电材料具有间隙；第二壳层包括碳。通过形成硅活性材料-中空导电网络-碳外壳的类百香果结构，一方面导电网络层中的空隙缓解了硅基材料体积膨胀引起的循环寿命短的问题，一方面将导电剂与硅基材料混合，有效改善中空碳壳硅基复合材料内部的电子转移，从而提升硅基负极材料所制备的电池的电导率和循环次数。制备方法通过控制碳源的分解实现对硅基材料进行多层包覆，工艺简单可控，有利于绿色生产、安全生产、大规模生产。
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1.一种硅基负极材料，其特征在于，包括硅材料、包覆于所述硅材料表面的第一壳层和包覆于所述第一壳层表面的第二壳层；所述第一壳层包括导电材料，所述导电材料具有间隙；所述第二壳层包括碳。
2.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述硅材料选自硅单质、硅碳、硅氧化合物中的至少一种；和/或，
3.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述第一壳层的厚度为0.2～5μm；和/或，
4.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述导电材料包括Super P、乙炔黑或碳纳米管中的一种或几种。
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲基亚砜或二甲基甲酰胺；和/或，
7.根据权利要求5所述的一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅源：有机溶剂：导电剂：分散剂：表面活性剂的质量比为(5～10):(80～90)：(0.5～2)：(5～12)：(0.01～0.
8.根据权利要求5所述的一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求5所述的一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，对所述Si@分散剂/CC@碳源进行热处理以去除分散剂的步骤包括：
10.一种锂离子电池，包括负极极片，其特征在于，所述负极极片包括如权利要求1～4任一项所述的硅基负极材料或包括如权利要求5～9中任一项所述的制备方法制得的硅基负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种硅基负极材料，其特征在于，包括硅材料、包覆于所述硅材料表面的第一壳层和包覆于所述第一壳层表面的第二壳层；所述第一壳层包括导电材料，所述导电材料具有间隙；所述第二壳层包括碳。
2.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述硅材料选自硅单质、硅碳、硅氧化合物中的至少一种；和/或，
3.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述第一壳层的厚度为0.2～5μm；和/或，
4.根据权利要求1所述的一种硅基负极材料，其特征在于，所述导电材料包括super p、乙炔黑或碳纳米管中的一种或几种。
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种硅基负极...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄昱鑫，秦炳胜，盛杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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