[发明专利]一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法，该硅基负极材料由硅颗粒和包裹所述硅颗粒的至少一层保护层组成，其中，所述保护层中包含禁带宽度为1.5～4.5eV的物质。本发明提供的方案能够有效地抑制硅与电解液的副反应，从而提高了硅基负极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法。

背景技术

由于硅作为锂离子电池的负极材料，具有理论比容量高(4200mAh/g)、体积能量密度大(9786mAh/cm³)的特点，而且硅负极平均脱锂平台相对适中(0.4V)，另外，由于硅来源广、成本低，硅被认为是具有潜力的锂离子电池负极材料之一。

目前，硅负极材料的发展瓶颈问题在于比较差的循环稳定性。针对这一问题，提出将硅与碳复合作为负极材料，该方法能够在一定程度上提高硅负极的稳定性，但是仍然无法解决硅与电解液中的阴离子或阴离子基团如六氟磷酸根、氟代碳酸乙酯基等发生不可逆的副反应。而且，研究发现，碳的存在会催化硅与电解液的副反应。

发明内容

本发明实施例提供了一种锂离子电池硅基负极材料及其制备方法，能够有效地抑制硅与电解液的副反应。

一种锂离子电池硅基负极材料，由硅颗粒和包裹所述硅颗粒的至少一层保护层组成，其中，所述保护层中包含禁带宽度为1.5～4.5eV的物质。

优选地，

每一层所述保护层的表观密度为1.2-4g/cm³。

优选地，

所述保护层包括：金属氟化物、碳化物、金属氮化物、金属氧化物中的一种或者多种。

优选地，

所述硅颗粒的粒径为0.02～50μm；

在所述保护层为一层时，所述保护层的厚度为0.002～20μm；

在所述保护层为两层时，任意一个中间保护层的厚度为0.002～20μm，外层保护层的厚度为0.002～10μm。

优选地，

所述硅颗粒的粒径为50nm～300nm。

优选地，

每质量份的所述锂离子电池硅基负极材料中，所述硅颗粒的质量分数为10％～95％，所述保护层的总质量分数为5％～90％。

优选地，

每质量份的所述锂离子电池硅基负极材料中，所述硅颗粒的质量分数为60％～85％，所述保护层的总质量分数为15％～40％。

上述任一所述的锂离子电池硅基负极材料的制备方法，包括：

通过化学沉积的方式为所述硅颗粒包裹至少一层保护层的步骤，其中，所述保护层的禁带宽度为1.5～4.5eV。

优选地，所述为所述硅颗粒包裹保护层的步骤，包括：

生成金属氮化物保护层的步骤，将一定量的原料分散在乙醇中，超声处理0.5～2h，搅拌0.5～2h，形成混合液，向所述混合液中滴加一定量的包含金属基团的有机酯溶液，加入完毕之后，在60～150℃下，加热2-3h，过滤/离心，将过滤/离心获得的固体材料放置于固定床反应器内，向所述固定床反应器内通入惰性气体，并加热到850℃，将所述惰性气体切换成氨气，持续加热5h，冷却到室温得到目标产物，其中，所述原料包括：硅颗粒或者包含硅颗粒的中间目标物；

或者，