[发明专利]硅基复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供一种硅基复合材料及其制备方法、锂离子电池。该制备方法包括以下步骤：将SiO_x与碳源进行混料处理，获得SiO_x@碳源混合物；在惰性气氛下将SiO_x@碳源混合物进行固化、碳化处理，得到SiO_x@碳；将SiO_x@碳分散于具有氧化剂的溶液中，同时加入导电聚合物单体及导电性碳材料，分散均匀，原位聚合，得到硅基复合材料；硅基复合材料为双层壳的核壳结构材料，外壳层为导电聚合物层，内壳层为碳层，且导电聚合物层上嵌有导电性碳材料。该方法获得的硅基复合材料作为锂离子电池负极材料时可以有效提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种硅基复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

硅因其具有高比容量(室温理论比容量3580mAh/g)、低脱锂电位、低成本等特点而被认为可以作为下一代锂离子电池极的负极材料。然而，硅负极材料的规模化使用和产业化严重受制于其在充放电过程中的体积膨胀及其所引起的材料分化和固体电解质层(SEI)的持续生长等问题。相比之下，硅氧材料(SiO_x)在发挥高比容量的同时，具有比纯Si更小的体积变化量，因而在循环寿命方面拥有更实用的潜力。基于SiO_x材料，许多科研人员通过碳包覆等技术手段开发出具有导电性好、循环性能优异和倍率特性好的负极材料。

现有技术中有通过在氧化亚硅(SiO)表面包覆碳，并在碳表面包覆一层导电聚合物，获得一种硅氧改性负极材料，但是这种材料的制备方法除去碳包覆及导电聚合物包覆工艺外，还需要使用造孔剂进行造孔，并采用硅烷偶联剂进行预处理，工艺过程繁琐，效率低下。又有现有技术公开一种基于三维有序硅材料进行导电聚合物包覆的方法，其硅材料由正硅酸乙酯在酸性条件下水解得到二氧化硅球再煅烧还原制得，其工艺条件苛刻，而且获得的材料导电性和稳定性差。

发明内容

针对目前硅碳负极材料制备工艺繁琐，导电性差、材料稳定性不佳，用于锂离子电池时首次循环库伦效率低，并且容量衰减快，循环性能差、大倍率充放电性能不佳等问题，本发明提供一种硅基复合材料及其制备方法。

进一步地，本发明还提供包含本发明硅基复合材料的锂离子电池。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种硅基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将SiO_x与碳源进行混料处理，获得SiO_x@碳源混合物；

在惰性气氛下将所述SiO_x@碳源混合物进行固化、碳化处理，得到SiO_x@碳；

将所述SiO_x@碳分散于具有氧化剂的溶液中，同时加入导电聚合物单体及导电性碳材料，分散均匀，原位聚合，得到硅基复合材料；

所述硅基复合材料为双层壳的核壳结构材料，外壳层为导电聚合物层，内壳层为碳层，且所述导电聚合物层上嵌有导电性碳材料；

其中，所述SiO_x中0＜x＜2；所述SiO_x@碳源混合物表示碳源包覆在SiO_x表面形成的混合物；所述SiO_x@碳表示碳包覆在SiO_x表面。

相应地，一种硅基复合材料，所述硅基复合材料为具有双壳层的核壳结构材料，所述核部分为SiO_x，包覆在所述SiO_x表面的碳层为内壳层，包覆在所述碳层表面的导电聚合物层为外壳层，所述导电聚合物层上嵌有导电性碳材料；所述硅基复合材料采用如上所述的制备方法制备。