[发明专利]一种硅碳复合材料、其制备方法及含有该材料的二次电池

说明书

本发明涉及二次电池技术领域，具体讲，涉及硅碳复合材料、其制备方法及含有该材料的二次电池。本发明的硅碳复合材料的内核为多孔含硅物质，所述多孔含硅物质内含有金属元素，所述多孔含硅物质表面具有碳包覆层；所述硅碳复合材料的比表面积与所述多孔含硅物质的比表面积之比为0.2‑0.8。本发明提供的硅碳复合材料为具有自支撑结构的多孔硅复合材料，该材料不仅具备传统中空/多孔结构材料优秀的循环性能，同时还能抵挡压实工序的大压力而保持自身结构不被破坏，从而达到制备长寿命高能量密度电池的目的。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体讲，涉及一种硅碳复合材料、其制备方法，及含有该材料的二次电池。

背景技术

随着各种便携式电子设备的日益普及及电动汽车、可再生能源储能系统的加速发展，人们对锂离子电池的能量密度、功率密度、循环寿命及安全性等性能要求越来越高。目前常见的钴酸锂(正极)/石墨(负极)体系锂离子电池其能量密度已接近其理论极限，为进一步提升电池的能量密度，新型正负极材料亟待发展。在负极材料方面，石墨的实际比容量(达360mAh/g)已接近其理论比容量(372mAh/g)，硅因其具有远高于石墨的理论比容量(～3600mAh/g)、低的放电平台(～0.2V vs.Li⁺/Li)以及资源丰富等优势而受到广泛关注。但硅负极材料在嵌脱锂过程中存在巨大的体积变化，造成材料容易粉化破碎、与集流体剥离以及发生持续不断的界面副反应，导致材料的比容量在循环过程中迅速下降，严重限制了硅负极材料的商业化进程。

为解决上述问题，对硅材料进行纳米化、复合化及中空/多孔化等结构设计成为人们的研究热点。但中空/多孔结构硅基复合材料在实际电池应用中还存在不耐压的问题。在实际电极制备过程中，电极均需经过压实工序降低极片厚度以提高最终电池的能量密度，而目前报道的中空/多孔材料在经过较大压力作用后表面包覆层往往会破裂粉碎，材料内部预留膨胀的空间被挤出释放，材料及电池在充放电过程中仍将面临较大的体积膨胀，材料与电解液之间的界面副反应也仍将持续进行，丧失了材料原本的优势；但如果不经压实工序而直接使用极片的话，电极在后续工序中容易发生掉粉现象，同时制备的电池能量密度大大下降，与以石墨为负极材料的电池相比不具备优势。

发明内容

本发明的首要发明目的在于提供一种硅碳复合材料。

本发明的第二发明目的在于提供一种上述硅碳复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种含有上述硅碳复合材料的电池。

为了完成本发明的目的，采用的技术方案为：

本发明涉及一种硅碳复合材料，

所述硅碳复合材料的内核为多孔含硅物质，所述多孔含硅物质内含有金属元素，所述多孔含硅物质表面具有碳包覆层；

所述硅碳复合材料的比表面积与所述多孔含硅物质的比表面积之比为0.2-0.8；优选所述硅碳复合材料的比表面积与所述多孔含硅物质的比表面积之比为0.25-0.40。

本发明的技术方案至少具有以下有益的效果：

本发明提供的硅碳复合材料为具有自支撑结构的多孔硅复合材料，该材料不仅具备传统中空/多孔结构材料优秀的循环性能，同时还能抵挡电池制备过程中压实工序的大压力而保持自身结构不被破坏，从而达到制备长寿命高能量密度锂离子二次电池的目的。

附图说明

图1a为实施例1制备得到的硅碳复合材料的二次电子成相SEM图；

图1b为实施例1制备得到的硅碳复合材料被散射成相SEM图；

图2a为对比例1制备得到的硅碳复合材料的二次电子成相SEM图；

图2b为对比例1制备得到的硅碳复合材料被散射成相SEM图；