[发明专利]复合材料及其制备方法、锂离子电池负极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种复合材料及其制备方法、锂离子电池负极材料及锂离子电池，涉及电池材料技术领域，所述复合材料包括纳米硅、和从内至外依次包覆所述纳米硅的硅氧化物层和复合物层，所述复合物包括介孔碳和石墨烯，缓解了硅作为负极活性材料时，在脱嵌锂过程中存在巨大的体积变化，导致电池循环寿命差，电极极化破坏，且硅的导电率低的技术问题，本发明提供的复合材料不仅能够有效缓冲纳米硅的体积膨胀，而且能够效提高硅的导电性，从而使其作为负极活性材料用于锂离子电池中时，能够显著提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其是涉及一种复合材料及其制备方法、锂离子电池负极材料及锂离子电池。

背景技术

硅因其高的质量比容量(3580mAh/g)和体积比容量(7000mAh/cm³)，适中的嵌锂电位，资源丰富和环境友好等优点有望成为下一代高能量密度锂离子电池负极材料。然而，硅在脱嵌锂过程中存在巨大的体积变化，造成不稳定的SEI膜持续生成，从而导致电池循环寿命差，电极极化破坏。此外，硅的导电率低。

因此，需要将硅进行纳米化或者碳包覆，以提高材料的稳定性和导电性，满足锂离子电池负极材料的使用需求

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种复合材料，以缓解硅作为负极活性材料时，在脱嵌锂过程中存在巨大的体积变化，导致电池循环寿命差，电极极化破坏，且硅的导电率低的技术问题。

本发明提供的复合材料，包括纳米硅，和从内至外依次包覆所述纳米硅的硅氧化物层和复合物层，所述复合物包括介孔碳和石墨烯。

本发明的目的之二在于提供上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(a)将纳米硅、有机酸金属盐、氧化石墨烯分散在溶剂中，混合均匀，进行水热反应，干燥得到前驱体；

(b)将前驱体进行焙烧，得到焙烧产物；

(c)将焙烧产物用酸性溶液洗涤，干燥得到复合材料；

其中，所述复合材料包括纳米硅，和从内至外依次包覆所述纳米硅的硅氧化物层和复合物层，所述复合物层包括介孔碳和石墨烯。

进一步的，纳米硅、有机酸金属盐和氧化石墨烯的质量比为(1-2)：5：(0.1-0.3)。

进一步的，所述有机酸金属盐选自有机酸铁盐、有机酸镁盐、有机酸锰盐、有机酸铝盐、有机酸铜盐或有机酸锌盐中的至少一种；

优选地，所述有机酸金属盐为柠檬酸铁和/或柠檬酸镁。

进一步的，所述酸性溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的至少一种，优选为盐酸溶液。

进一步的，所述纳米硅的粒径为30-50nm。

进一步的，水热反应的温度为140-160℃，水热反应时间为10-15h。

进一步的，焙烧的温度为750-850℃，焙烧时间为3-5h。

本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池负极材料，包括本发明提供的复合材料或根据本发明提供的制备方法得到的复合材料。

本发明的目的之四在于提供一种锂离子电池，包括本发明提供的复合材料或根据本发明提供的制备方法得到的复合材料或本发明提供的锂离子电池负极材料。

本发明提供的复合材料，通过在纳米硅表面依次包覆硅氧化物层和复合物层，复合物包括介孔碳和石墨烯，使得硅氧化物层和复合物层相互协同，能够有效缓冲纳米硅的体积膨胀，同时介孔碳和石墨烯有效提高了复合材料的导电性，使其作为负极活性材料用于锂离子电池中时，能够显著提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。