【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池，具体地，涉及一种复合硅材料和硅基负极片、锂电池。
技术介绍
1、硅材料，在锂电池领域因其高理论比容量(硅的理论比容量高达4200mah/g)而备受关注，被视为下一代锂电池负极材料的潜在候选者。然而，硅材料的本征电子导电率相对较低，这直接影响了电池的倍率性能，即电池在高电流密度下的充放电能力；且硅材料在充放电过程中存在巨大的体积效应，严重影响了电池的循环寿命和安全性。因此，如何改善硅材料的低电导率和体积膨胀问题，是本领域技术人员在研究中急需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种复合硅材料和硅基负极片、锂电池，该复合硅材料具有高电子电导率、低循环膨胀的优点，使应用其的锂电池具有优异的动力学特性。
2、根据本专利技术的一个方面，提供一种复合硅材料，复合硅材料包括钴掺杂硅材料和铬掺杂硅材料，在复合硅材料中，钴元素的质量：铬元素的质量：硅元素的质量＝(0.5～1.2)：(0.8～2.5)：99；复合硅材料的粒径d50为4μm～8μm，复合硅材料的孔隙率为10％～30％。在复合硅材料中，钴元素的质量：铬元素的质量：硅元素的质量可以为0.5：0.8：99、0.5：1.2：99、0.5：1.6：99、0.5：2.0：99、0.5：2.5：99、0.8：0.8：99、0.8：1.2：99、0.8：1.6：99、0.8：2.0：99、0.8：2.5：99、1.2：0.8：99、1.2：1.2：99、1.2：1.6：99、1.2：2.0：99、1
3、在本专利技术所提供的复合硅材料中，钴元素(co)、铬元素(cr)具有良好的导电性和电化学反应活性，二者能够发挥协同作用使硅材料的电子电导率和锂离子传输效率提高；且co与si的电负性接近，co容易均匀掺杂于si中，改善硅材料的晶体结构，缓解硅材料在充放电过程中的体积变化，使负极片和锂电池的结构稳定性和循环稳定性得到改善。基于此，通过进一步控制钴元素、铬元素与硅元素的含量比，能够使复合硅材料具有适宜的粒径和孔隙率，使硅材料的电子电导率和锂离子传输速率提高，使硅材料的循环膨胀率降低，同时，有利于保证硅材料的高克容量和低自放电率，防止掺杂过多的co、cr导致硅材料克容量降低、存储性能劣化等问题。
4、综上，本专利技术通过采用合适含量的钴元素、铬元素对硅材料进行掺杂，有利于实现对复合硅材料的尺寸和形貌进行有效调控，从而使应用其的负极片和锂电池具有优异的循环性能和锂离子传输动力学特性。
5、优选地，钴掺杂硅材料的孔径为4nm～12nm，铬掺杂硅材料的孔径为6nm～15nm。钴掺杂硅材料的孔径可以为4nm、6nm、8nm、10nm、12nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。铬掺杂硅材料的孔径可以为6nm、10nm、12nm、15nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。上述孔径的钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料能够使复合硅材料具有合适的孔隙率大小，有利于降低电池副反应的发生，同时提高电池的充放电速率，使电池的倍率性能和循环稳定性得到进一步提升。
6、优选地，钴掺杂硅材料的粒径d50为5μm～8μm；铬掺杂硅材料的粒径d50为4μm～6μm。钴掺杂硅材料的粒径d50可以为5nm、6nm、7nm、8nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。铬掺杂硅材料的粒径d50可以为4nm、5nm、6nm等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。上述粒径的钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料分散效果好，且有利于缩短硅材料中电荷和锂离子的传输距离，提高硅材料的电子电导率和锂离子传输速率。
7、优选地，钴掺杂硅材料的质量：铬掺杂硅材料的质量＝1：(3～8)。钴掺杂硅材料的质量：铬掺杂硅材料的质量可以为1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。通过控制钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料的投料比，有利于使不同粒径、孔径的钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料均匀分散，使得由此得到的复合硅材料具有均匀的粒径分布及孔隙分布，充分地缓解硅材料的应力膨胀，并促进电子的传导和离子的传输，从而使锂电池的动力学特性得到进一步优化。
8、优选地，钴掺杂硅材料制备方法包括如下操作：制备含有含硅化合物、含钴化合物的第一前驱体，然后使第一前驱体与第一还原剂发生氧化还原反应，通过氧化还原反应得到呈颗粒状的第一氧化还原产物，第一氧化还原产物包括由含硅化合物被还原转化得到的硅单质、由含钴化合物被还原转化得到的钴单质以及由第一还原剂转化而成的氧化产物，然后利用第一清洗剂对第一氧化还原产物进行清洗以除去氧化产物，制得钴掺杂硅材料；铬掺杂硅材料制备方法包括如下操作：制备含有含硅化合物、含铬化合物的第二前驱体，然后使第二前驱体与第二还原剂发生氧化还原反应，通过氧化还原反应得到呈颗粒状的第二氧化还原产物，第二氧化还原产物包括由含硅化合物被还原转化得到的硅单质、由含铬化合物被还原转化得到的铬单质以及由第二还原剂转化而成的氧化产物，然后利用第二清洗剂对第二氧化还原产物进行清洗以除去氧化产物，制得铬掺杂硅材料。采用上述方法能够使掺杂金属(co、cr)和单质硅同时被还原，使得掺杂金属充分均匀分散于硅单质中，且上述除去氧化产物的操作能够使硅材料的表面形成多孔结构，由此，能够制备得到分散均匀、形貌规整、纯度高的复合硅材料，充分地抑制硅材料在循环过程中的应力膨胀，并提高硅材料中电子和离子的传输速率；且上述制备方法操作简单、成本低廉，适合工业化生产。
9、优选地，在制备钴掺杂硅材料的过程中，第一前驱体含有二氧化硅和氧化钴，第一还原剂包括还原性金属，氧化还原反应的温度为650～800℃；在制备铬掺杂硅材料的过程中，第二前驱体含有二氧化硅和氧化铬，第二还原剂包括还原性金属，氧化还原反应的温度为600～700℃。通过分别控制在制备钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料的过程中氧化剂(第一前驱体、第二前驱体)和还原剂(第一还原剂、第二还原剂)的种类以及氧化还原反应的温度，有利于制得粒径较小的掺杂金属(单质钴、单质铬)和单质硅，并改善钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料中颗粒的分散效果，使钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料的电化学性能得到提升。
10、优选地，还原性金属包括单质镁。通过采用单质镁作为还原剂(第一还原剂、第二还原剂)，镁热反应过程中所产生的热量能够使得到的掺杂金属(单质钴、单质铬)和单质硅进一步形成硅化物(硅化钴、硅化铬)，弥散分布于单质硅中的硅化物能够起到支撑作用，充分地缓解硅材料在充放电过程中的体积变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合硅材料，其特征在于，所述复合硅材料包括钴掺杂硅材料和铬掺杂硅材料，在所述复合硅材料中，钴元素的质量：铬元素的质量：硅元素的质量＝(0.5～1.2)：(0.8～2.5)：99；
2.如权利要求1所述复合硅材料，其特征在于，所述钴掺杂硅材料的孔径为4nm～12nm，所述铬掺杂硅材料的孔径为6nm～15nm。
3.如权利要求2所述复合硅材料，其特征在于，
4.如权利要求2或3所述复合硅材料，其特征在于，
5.如权利要求1所述复合硅材料，其特征在于，
6.如权利要求5所述复合硅材料，其特征在于，
7.如权利要求6所述复合硅材料，其特征在于，所述还原性金属包括单质镁。
8.如权利要求6所述复合硅材料，其特征在于，
9.如权利要求1～8任一项所述复合硅材料的制备方法，其特征在于，包括如下操作：分别制备钴掺杂硅材料、铬掺杂硅材料，将所述钴掺杂硅材料和所述铬掺杂硅材料混合，制得所述复合硅材料。
10.一种硅基负极片，其特征在于，所述硅基负极片的负极活性物质层包括如权利要求1～8
11.一种锂电池，其特征在于，包括如权利要求10所述硅基负极片。
...【技术特征摘要】
1.一种复合硅材料，其特征在于，所述复合硅材料包括钴掺杂硅材料和铬掺杂硅材料，在所述复合硅材料中，钴元素的质量：铬元素的质量：硅元素的质量＝(0.5～1.2)：(0.8～2.5)：99；
2.如权利要求1所述复合硅材料，其特征在于，所述钴掺杂硅材料的孔径为4nm～12nm，所述铬掺杂硅材料的孔径为6nm～15nm。
3.如权利要求2所述复合硅材料，其特征在于，
4.如权利要求2或3所述复合硅材料，其特征在于，
5.如权利要求1所述复合硅材料，其特征在于，
6.如权利要求5所述复合硅材...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢英朋，赵瑞瑞，冀亚娟，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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