[发明专利]复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种复合材料及其制备方法，所述复合材料用于制作锂离子电池，所述复合材料为三层核壳结构，其中内核为Li‑Si‑O基体，中间层为碳层，最外层为LiAlO₂包覆层，所述制备方法包括将原材料SiOx进行碳包覆处理得到SiOx/C材料；在一定温度下，将SiO_X/C材料与铝盐在PH缓冲液中反应一段时间，经过滤干燥后得到SiO_X/C与Al(OH)₃的复合物；将SiO_X/C和Al(OH)₃的复合物与锂源预混合，在惰性气氛下进行热处理，最终得到Li‑Si‑O/C和LiAlO₂的复合物。本发明提供的复合材料提高了首次库伦效率和循环稳定性，且制备方法操作简单、制作成本低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制作领域，尤其涉及一种复合材料及其制备方法。

背景技术

现阶段锂离子电池正极开始使用高镍三元材料，负极材料技术变成了瓶颈。硅碳材料是目前公认能够取代传统石墨，满足高比能量电池对负极材料能量密度的要求。目前的硅碳负极是氧化硅碳包覆后和石墨按比例混合得到相应能量密度的材料，氧化硅材料目前本身主要问题在于：首次充放电活性Li离子会与材料中的O反应得到Li₂O、Li₄SiO₄等惰性物质，导致目前碳包覆氧化硅首次效率偏低，影响正极材料容量发挥，难以得到更高能量密度的电池；虽然碳包覆氧化硅材料循环性能更好，但在循环过程中仍然存在较大的体积变化，导致循环性能不如石墨。预锂化技术是解决上述问题的有效方案，现有技术将能够生产SiO气体的原料粉末和含锂化合物或锂金属混合烧结从而得到预掺锂材料，虽然可以有效提高首次效率但是锂源是在原料合成过程中引入，会导致Si晶粒过度生长，降低循环性能。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种复合材料及其制备方法，其能够有效提高材料首次库伦效率和循环稳定性。

本发明提供一种复合材料，用于制作锂离子电池，所述复合材料为三层核壳结构，其中内核为Li-Si-O基体，中间层为碳层，最外层为LiAlO₂包覆层。

进一步的，所述Li-Si-O基体的平均粒径为1-10μm，所述碳层的厚度为50-1000nm，所述LiAlO₂包覆层的厚度为10-100nm。

一种所述复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将原材料SiOx进行碳包覆处理得到SiOx/C材料；

步骤2，在一定温度下，将SiO_X/C材料与铝盐在PH缓冲液中反应一段时间，经过滤干燥后得到SiO_X/C与Al(OH)₃的复合物；

步骤3，将SiO_X/C和Al(OH)₃的复合物与锂源预混合，在惰性气氛下进行热处理，最终得到Li-Si-O/C和LiAlO₂的复合物。

进一步的，所述步骤1中碳包覆的方法为高温固相熔融法或CVD法。

进一步的，所述步骤1中的SiOx的平均粒径为1-10μm，其中0＜X＜2。

进一步的，所述步骤2中的铝盐为氯化铝、硫酸铝、偏铝酸钠、硝酸铝及异丙醇铝中的一种，PH缓冲液为氨水-氯化铵、甘氨酸-盐酸、醋酸-醋酸钠及邻苯二甲酸酯-盐酸中的一种。

进一步的，所述步骤2中的反应温度为50℃-90℃，反应时间为0.5h-6h。

进一步的，所述步骤2中的过滤方式为离心过滤、减压过滤、真空过滤中的一种。

进一步的，所述步骤3中的锂源为氨基锂、碳酸锂、氢化锂、氢氧化锂、氢化锂铝及氧化锂中的一种或者任意组合。