[发明专利]一种双包覆硅基复合材料的制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种双包覆硅基复合材料的制备方法及锂离子电池，复合材料的方法包括以下步骤：将纳米硅基衬底、第一有机碳源均匀分散在溶剂中，烧结后得到C@纳米硅基材料；将C@纳米硅基材料均匀分散在催化剂溶液中，然后通过化学气相沉积法，在C@纳米硅基材料表面长一层均匀的石墨烯层，得到前驱体I；将前驱体I与碳负极材料、第二有机碳源混合分散在溶剂中，干燥后得到前驱体II，进行焙烧，得到双包覆硅基复合材料，其包括第一包覆层：第一有机碳源分解的碳和石墨烯层，及第二包覆层：有机物裂解碳层。以双包覆硅基复合材料为负极所制得的锂离子电池具有循环性好、比容量高的特点，使用寿命长。

技术领域

本发明涉及新能源锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种双包覆硅基复合材料及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于其工作电压高、能量密度高、绿色环保、无记忆效应、自放电率低、循环寿命长和放电性能稳定等优点，受到市场青睐。随着社会的进步和经济的发展，车用锂离子电池续航能力强和轻量化已成为主流，因此需要研究一种比容量高、循环性能好的锂离子电池。

锂离子电池负极材料是电池的重要组成部分，它直接影响到锂离子电池的使用寿命、能量密度和安全性能。目前锂离子电池负极材料中最具代表性的是石墨负极材料，理论比容量是374mAh/g。目前商业化的石墨类负极材料的比容量几乎接近其理论比容量。

氧化亚硅材料由于其具有高的比容量(1500mAh/g)、低的嵌锂电位等优点，因而受到广泛的关注。但是其在脱嵌锂的过程中存在较大的体积效应，体积膨胀率高达200％，体积膨胀过大，易损坏相关电子设备。此外，体积膨胀带来的内部应力使得氧化亚硅颗粒在循环过程中粉化，导致活性物质直接从集流体上脱落，容量急剧衰减。由于巨大的体积变化，导致在负极表面形成的SEI膜破裂，随着充放电的进行，在裂口处不断地形成新的SEI膜，不断地消耗锂离子，加速容量的衰减。另外，氧化亚硅材料的缺点之一是首效偏低，主要原理是降低SiO_x中氧的含量，从而降低首次嵌锂时生成锂的硅酸盐的量，进而降低锂的消耗。

因此，开发一种首效高、循环性能好、可逆容量高的负极材料是所属领域的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双包覆硅基复合材料的制备方法及锂离子电池，该方法制备的硅基复合材料具有较长的使用寿命，加快硅基负极材料的商业化进程。

本发明提供了一种双包覆硅基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将纳米硅基衬底、第一有机碳源均匀分散在溶剂中，烧结后得到C@纳米硅基材料；所述纳米硅基衬底选自纳米SiO_x材料、硅合金和碳化硅中的一种或多种；纳米SiO_x材料中0.4≤x≤1.6；所述纳米硅基衬底的尺寸为1～300nm；

将所述C@纳米硅基材料均匀分散在催化剂溶液中，得到含有催化剂的C@纳米硅基材料，所述催化剂选自铜的盐类化合物；

将所述含有催化剂的C@纳米硅基材料通过化学气相沉积法，使得石墨烯长在C@纳米硅基材料表面，得到前驱体I；化学气相沉积的温度为600～1200℃；时间为1～3h；

将前驱体I与碳负极材料、第二有机碳源混合分散在溶剂中，干燥后得到前驱体II；

将前驱体II焙烧，得到双包覆硅基复合材料。

优选地，所述铜的盐类化合物选自乙酸铜、草酸铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜和碳酸铜中的一种或多种；

所述催化剂溶液的浓度为0.01～0.8mol/L。

优选地，所述纳米硅基衬底和第一有机碳源的质量比为50～99:50～1。

优选地，所述第一有机碳源选自多巴胺、尿素、葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、果糖、壳聚糖和抗坏血酸中的一种或多种。