[发明专利]一种用于锂离子电池的掺杂型多层核壳硅基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种用于锂离子电池的掺杂型多层核壳硅基复合材料，其特征在于：所述掺杂型多层核壳硅基复合材料中，除了必须掺杂Li元素之外，至少还掺杂有一种非金属元素和一种金属元素；所述掺杂型多层核壳硅基复合材料结构为以具有元素掺杂的硅氧化合物颗粒为内核，以内核颗粒表面紧密包覆的多层复合膜为外壳；所述内核颗粒中包含均匀分散的单质硅纳米颗粒，其中掺杂元素的含量从外到内逐渐降低且无明显界面，同时内核颗粒表面由于锂元素的掺杂嵌入形成一层致密的硅酸锂系化合物；所述多层复合膜为碳膜层以及由碳膜层与其他元素组分复合组成的掺杂型复合膜层；所述掺杂元素选自N，S，P，B，Mg，Al，Cu，Mn，Ca，Zn中的一种或多种，其中金属掺杂元素存在于外壳膜层中；所述掺杂型多层核壳硅基复合材料的中值粒径在0.3-30μm之间，其中内核颗粒的中值粒径处于0.3-25μm之间，分布于内核硅氧化合物颗粒中的单质硅纳米颗粒的中值粒径在0.1-50nm之间；在内核颗粒外包覆的多层复合膜层厚度介于0.005-10μm之间；

所述内核颗粒中，硅元素含量为49.9-79.9wt％，氧元素含量为20-50wt％，掺杂元素含量为0.01-10%，硅、氧、掺杂元素等含量总和为100％；所述多层复合膜与硅氧化合物内核颗粒的重量之比为0.01:100-25:100，所述掺杂型复合膜层中，元素掺杂量在0.01-5%之间；制备方法包括以下步骤：

(1) 对硅氧化合物颗粒直接进行元素掺杂，得到掺杂型硅氧化合物颗粒；

(2) 将步骤(1)中得到的掺杂型硅氧化合物作为内核，在其表面包覆碳膜层，随后进行破碎和分筛处理；

(3) 将步骤(2)所得材料与含有掺杂金属元素的前驱体物质均匀混合，随后在非氧化性气氛中进行热处理掺杂，并进行破碎和分筛处理；

(4) 将步骤(3)所得材料作为内核，在其表面再均匀包覆一层元素掺杂型碳膜，随后进行破碎和分筛处理；

(5) 将步骤(4)所得材料与含锂化合物粉末均匀混合，并在非氧化气氛中进行加热处理，使锂元素和体相内掺杂元素进一步扩散进入硅氧化合物颗粒，随后进行破碎和分筛处理，最终得到掺杂型多层核壳硅基复合材料；

上述步骤中，可对步骤(3)(4)(5)进行调变顺序或者同步实行。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的掺杂型多层核壳硅基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中：

所述硅氧化合物颗粒中的硅和氧元素化学计量比为1:0.5-1:1.5，中值粒径范围在0.1-20μm之间；

所述对硅氧化物颗粒直接进行元素掺杂通过高温气相沉积、高温固相烧结、喷雾干燥或者球磨掺杂等方法中的一种或几种组合实现；

所述掺杂方法所采用的仪器为CVD炉、管式炉、气氛箱式炉、球磨机或喷雾干燥器等中的一种或几种组合来实现；

所述掺杂元素为N，P，B，S，F等元素中的一种或几种；

所述掺杂物质为以下含有一种或几种掺杂元素的气体或固体，如氨气、磷化氢、红磷、次磷酸铵、磷酸二氢铵、三氧化二硼、硼酸、硫化氢、硫脲、硫代乙酰胺、氟化铵；

掺杂中采用的气氛为氮气、氩气、氢气、氨气、磷化氢等中的一种或几种的组合。