[发明专利]一种硅碳复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池负极材料制备领域，涉及一种硅碳复合物及其制备方法。

背景技术

锂电池，具有能量高，循环性好，寿命长，自放电率低的特点，在便携式电子设备方面已经基本上取代了其它类型的充电电池。在其它领域，比如电动汽车，不稳定能源的电能储存，锂离子电池也显示出很大的潜力。

锂电池由正极，负极，隔膜，和电解液组成。正极和负极由隔膜隔开，正极，负极和隔膜浸泡在电解液里。正极材料一般是含锂的层状过渡金属氧化物或者磷酸盐。负极材料，碳质活性材料被广泛使用，一般是层状石墨或者其衍生物。当电池充放电时，伴随着电子在两个电极之间循环，电极本身发生了氧化还原反应，锂离子在正负极的层状中被嵌入和脱嵌。由于锂离子是被镶嵌和脱嵌于层的中间，电极材料本身没有发生太大体积变化，其结构得以保存，因此锂电池可以有很长的寿命。但由于石墨和锂反应形成的最终化合物是LiC6，它的理论克电容量是372mAh/g，该理论容量对于需要更高容量的未来锂电池并不足够。

硅是一种潜在的高能负极材料，因为它的理论克电容量是4200mAh/g，大约是石墨的十倍，但是，但到目前为止，硅还没有被成功地应用到锂电池中，其中的原因之一是硅颗粒表面的氧化物：SiO2或者SiOx，由于氧化硅不导锂离子，且二氧化硅是电子绝缘体，在阻止了锂离子和硅的接触的同时，又阻止了电子和硅的接触，而且它还要和锂反应，消耗掉大量的锂离子来形成Li2O和更小的硅颗粒。这样它一方面限制了充放电的电流强度，另一方面它造成了第一次循环中的不可逆电容量损失，降低了电池的能量密度和功率密度，从而在锂电池中使用时导致严重问题，难以投入实用。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种硅碳复合物。

本发明还提供一种制备硅碳复合物的方法。

本发明还提供一种锂电池负极活性材料。

本发明实施例是这样实现的，一种硅碳复合物，包括表面经过去氧化处理的硅及导电碳基缓冲剂，所述硅分散在碳基缓冲剂中。

优选地，所述表面经过去氧化处理的硅的表面为非氧化合物。

优选地，所述表面经过去氧化处理的硅表面含氧量少于0.5%。

优选地，所述表面经过去氧化处理的硅的表面层为氢化物。

优选地，所述表面经过去氧化处理的硅的表面层为碳化物或卤化物。

优选地，所述硅为颗粒状粉末和鳞片状粉末中的至少一种。

优选地，所述硅为单晶结构、多晶结构和非晶结构中的一种或多种。

优选地，所述导电碳基缓冲剂为天然石墨、人造石墨、无定型碳黑、碳纳米管、碳纤维和石墨烯中的至少一种。

一种锂电池负极活性材料，所述负极活性材料使用硅碳复合物通过包覆烧结制成。

一种制备硅碳复合物的方法，所述方法包括：去除硅表面本征氧化层；将经过去氧化处理的硅与导电碳基缓冲剂混合形成硅碳复合物。

优选地，所述去除硅表面本征氧化层为湿法刻蚀钝化法，包括：用氢氟酸溶液腐蚀去除硅颗粒表面的本征氧化层，不饱和配位的硅和氢离子反应生成硅氢键，形成表面氢化物层。

优选地，所述硅氢键与不饱和有机物反应生成硅碳键形成碳化物层。

优选地，所述硅氢键与卤素或卤化物反应形成卤化层。

优选地，所述去除硅表面本征氧化层为干法还原钝化法，包括：通过带氢离子的还原性气体在高温条件下将硅表面的本征氧化层还原为硅，同时形成硅氢键，形成表面氢化物层。

在本发明的实施例中，有如下的技术效果：本发明的硅碳复合物与由带有本征氧化层的硅颗粒制成的硅碳复合物相比，具有更好的充放电循环性和较低的初次循环不可逆电容量损失。本发明提供的硅碳复合电极材料的制备方法解决了硅复合材料制备成本高，不能批量生产的实际问题。

附图说明

图1是本发明硅碳复合物的制备示意图；

图2是本发明的傅里叶红外谱图；

图3是本发明的TEM显像比较图；

图4是本发明的充放电循环性能比较图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。