[发明专利]一种改性硅基材料的制备方法、及其锂离子电池

说明书

本发明涉及一种改性硅基材料的制备方法、及其锂离子电池，属于电化学领域。本发明改性硅基材料的制备方法，包括：(1)将硅基材料粉碎，粒径范围为100nm～25μm；(2)将步骤(1)所得的硅基材料均匀分散到偶联剂的水溶液中进行表面处理，得预处理物质A，所述硅基材料与偶联剂水溶液质量比为1:1～200；偶联剂水溶液中偶联剂的量为0.5wt.％～90wt.％；(3)将步骤(2)中得到的预处理物质A干燥得到改性硅基材料的前驱物B；(4)对改性硅基材料的前驱物B进行碳化处理，最后进行造粒处理即获得改性硅基材料。通过本发明制备的改性硅基材料可以有效提高锂离子电池的循环性能和首次循环效率。

【技术领域】

本发明涉及电化学领域，尤其是涉及一种改性硅基材料的制备方法，还涉及采用该改性硅基材料的锂离子电池。

【背景技术】

锂离子电池因其输出电压高、无记忆效应、使用时间长、绿色环保等优点，已经广泛用于便携式设备中。随着全球进入高速信息化网络时代，手机及上网本的逐步普及，手机的上网、游戏、影音的进一步广泛应用，所有这些应用都需要在手机上进行较长时间的操作，需要手机的电池能够支持更长的时间；同时世界各国对新能源汽车的大力扶持与推广，这些都对锂离子电池提出了更高的要求，因此提高锂离子电池的比能量成为亟待解决的问题之一。

硅基材料中硅具有4400mAh/g(Li4.4Si)的高理论容量，受到广泛地研究，被认为是可以取代目前使用的碳负极材料的理想对象之一。但是，作为锂离子电池负极时，硅基材料会因显著的体积效应而导致粉化，出现裂缝，使得锂离子电池的循环性能急速下降。

为了解决上述问题，从电极角度出发，目前提出的解决方法有制备微米或纳米级别的硅基负极，硅碳复合等。其中，制备微米或纳米级别的硅基负极可以减小充放电过程中颗粒体积的绝对差异，但是体积变化导致的硅基材料与集流体之间接触电阻增加仍然无法解决。硅碳复合的效果取决于碳材料以及复合方式的选择。碳材料可以是石墨或者无定形碳，复合方式可以选择硅基材料与碳材料的球磨混合，利用碳源在硅基材料表面进行化学气相沉积，或者是将含碳前驱体与硅基材料进行混合，再通过碳化在硅基材料表面形成含碳包覆层。

关于上述方法，目前国内存在的相关专利部分举例如下：

中国发明专利电池负电极、硅碳基锂离子电池及其应用(申请号：201510501343.0)公开了该发明方法制备出的一种核壳结构硅碳复合负极材料，其中核包括纳米硅/石墨烯片，软碳，壳包括薄膜状碳材料和纳米碳材料，该硅碳复合负极材料通过核壳结构在有效克制硅活性材料的体积效应的同时还具备了优异的导电性能，从而使锂离子电池具备了高能量密度和循环性能。

中国发明专利用于电池组电极的纳米结构硅-碳复合材料(申请号：201080041383.7)公开了该发明首先通过含羟基芳族化合物与醛，催化剂的作用形成预聚物，然后将预聚物与微米硅粉混合，之后经过中和，干燥后，碳化后得到纳米结构硅-碳复合材料，该复合材料中硅颗粒分布均匀，碳基质中含有合适的孔结构可以有效消散硅颗粒体积膨胀或收缩出现的机械应力，因此该硅-碳复合材料适用于储能用锂离子电池。

综上所述，目前硅基材料用于锂离子电池仍存在不可逆容量高、循环性能差等问题。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供改性硅基材料的制备方法，改性硅基材料及使用该改性硅基材料的锂离子电池。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种改性硅基材料的制备方法，其包括下述步骤：

(1)将硅基材料粉碎，粒径范围为100nm～25μm；

(2)将步骤(1)所得的硅基材料均匀分散到偶联剂的水溶液中进行表面处理，得预处理物质A，所述硅基材料与偶联剂水溶液质量比为1:1～200；偶联剂水溶液中偶联剂的量为0.5wt.％～90wt.％；