[发明专利]一种硅碳复合材料及其制法

说明书

本发明公开了一种硅碳复合材料，该硅碳复合材料为类似火龙果结构的复合材料，包括基体核心、硅碳复合外壳和包覆层，硅碳复合外壳是由若干纳米硅颗粒均匀弥散式分散在导电碳中而形成，纳米硅颗粒由硅源高温裂解形成，所述的导电碳由有机碳源高温裂解形成，包覆层为碳包覆层，碳包覆层至少为一层，单层厚度为0.2‑3μm。与现有技术相比，本发明的复合材料采用气相同步沉积形成硅碳复合材料前驱体，再进行碳包覆形成类似火龙果结构的硅碳复合材料，具有高首效、低膨胀和长循环等优点，减缓了热处理过程中硅材料晶粒长大，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应，提升了材料的循环性能、导电性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，特别涉及一种硅碳复合材料及其制法。

背景技术

二次电池已广泛应用于便携式电子产品中，随着便携式电子产品小型化发展及二次电池在航空、军事及汽车产业中的需求日益增大，电池的容量和能量密度均亟待大幅度提高。目前商业化负极材料主要为石墨类材料，但因其理论容量较低(372mAh/g)，无法满足于市场的需求。近年来，人们的目光瞄准新型高比容量负极材料：储锂金属及其氧化物(如Sn，Si)和锂过渡金属磷化物，Si因具有高的理论比容量(4200mAh/g)而成为最具潜力的可替代石墨类材料之一，但是Si基在充放电过程中存在巨大的体积效应，易发生破裂和粉化，从而丧失与集流体的接触，造成循环性能急剧下降。因此，如何降低体积膨胀效应和提升循环性能对硅材料在锂离子电池中的应用有重大意义。

现有技术中，中国专利CN105552323A公开一种硅/碳氧化硅/碳负极材料及其制备方法和应用，采用超小硅氧碳纳米粒子均匀分散在碳基质中作为缓冲基质，而硅纳米粒子则被均匀镶嵌在碳/硅氧碳缓冲基质中，虽然该负极活性材料具有容量高和循环性能较好，但是其的首次效率偏低，限制了它在锂离子电池中的应用。中国专利CN104103821B公开一种硅碳负极材料的制备方法，采用金属催化剂先将硅源分解制得前驱体Si-SiO_x，再通过载气将反应制备的Si-SiOx与羧基化处理的碳基体在动态旋转沉积室中复合，制得硅碳负极材料的前驱体，最后经过碳包覆得到硅碳负极材料，这种方法可以制备高容量的纳米硅，但是纳米硅无法均匀分布在碳基体的表面，存在循环性能不理想和较高的体积膨胀等隐患。

有鉴于此，确有必要开发一种硅碳复合材料及制法以克服来现有技术Si基材料在充放电过程中存在巨大的体积效应、易发生破裂和粉化、丧失与集流体的接触，造成循环性能急剧下降，以及硅基负极活性材料体积效应大和电导率低等导致循环性能差以及倍率性能差等技术难题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种硅碳复合材料及其制法，采用气相同步沉积形成硅碳复合材料前驱体，再进行碳包覆形成类似火龙果结构的硅碳复合材料，具有高首效、低膨胀和长循环等优点，减缓了热处理过程中硅材料晶粒长大，有效的避免了材料在循环过程中的粉化，缓解了硅基材料的体积膨胀效应，提升了材料的循环性能、导电性能和倍率性能。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种硅碳复合材料，该硅碳复合材料为类似火龙果结构的复合材料，包括基体核心、硅碳复合外壳和包覆层，所述的硅碳复合外壳是由若干纳米硅颗粒均匀弥散式分散在导电碳中而形成，纳米硅颗粒由硅源高温裂解形成，所述的导电碳由有机碳源高温裂解形成，所述的包覆层为碳包覆层，碳包覆层至少为一层，单层厚度为0.2-3μm。优选所述碳包覆层单层厚度进一步优选为0.2-2μm，特别优选为0.2-1μm。类火龙果结构能有效的缓解硅基材料在充放电过程中的体积效应，从而有效的避免了材料在循环过程中的粉化，良好的碳导电网络，能提高材料的导电性，改善材料的倍率性能，缓解了硅基材料的体积膨胀效应和提升了循环性能。