[发明专利]硅碳复合材料及其制备方法、负极、动力电池和电动汽车

说明书

本发明提供了硅碳复合材料及其制备方法、负极、动力电池和电动汽车。该硅碳复合材料包括外壳层，所述外壳层的材料包括第一纳米碳材料，所述外壳层内部限定出容纳空间；核壳结构微球，所述核壳结构微球位于所述容纳空间中，并具有核芯和壳层，所述壳层包覆所述核芯，其中，所述核芯包括纳米硅颗粒，所述壳层包括无定形碳；第二纳米碳材料，所述第二纳米碳材料呈线状，一部分所述第二纳米碳材料位于所述容纳空间中，另一部分所述第二纳米碳材料穿设在所述第一碳纳米材料中。该硅碳复合材料可作为动力电池的负极材料，其导电性能好、容量高、倍率性能好，且不易发生膨胀、不易粉化、稳定性强、循环性好。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地，涉及硅碳复合材料及其制备方法、负极、动力电池和电动汽车。

背景技术

在相关技术中，硅作为动力电池，特别是锂离子电池的负极材料具有很高的理论比容量(4200mAh/g)，目前市场上使用的锂离子电池负极材料以石墨为主，为了提高电池整体的能量密度，开发动力电池硅负极材料成为了人们关注的焦点。然而，硅作为动力电池负极材料面临的问题是硅在电池充放电的过程中其体积膨胀率高达300％，硅颗粒易发生粉化，导致大量SEI膜形成，消耗大量电解液，导电性差，倍率性能差，容量衰减过快。

因而，现有的动力电池硅负极材料的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可作为动力电池的负极材料，导电性能好、容量高、倍率性能好、不易发生膨胀、不易粉化、稳定性强或者循环性好的硅碳复合材料。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种硅碳复合材料。根据本发明的实施例，该硅碳复合材料包括：外壳层，所述外壳层的材料包括第一纳米碳材料，所述外壳层内部限定出容纳空间；核壳结构微球，所述核壳结构微球位于所述容纳空间中，并具有核芯和壳层，所述壳层包覆所述核芯，其中，所述核芯包括纳米硅颗粒，所述壳层包括无定形碳；第二纳米碳材料，所述第二纳米碳材料呈线状，一部分所述第二纳米碳材料位于所述容纳空间中，另一部分所述第二纳米碳材料穿设在所述外壳层中。发明人发现，该硅碳复合材料可作为动力电池的负极材料，其导电性能好、容量高、倍率性能好，且不易发生膨胀、不易粉化、稳定性强、循环性好。

根据本发明的实施例，所述第一纳米碳材料呈片状，所述外壳层由所述第一纳米碳材料卷曲形成。

根据本发明的实施例，所述第一纳米碳材料包括还原型氧化石墨烯；所述第二纳米碳材料包括碳纳米管。

根据本发明的实施例，在所述硅碳复合材料中，所述核壳结构微球、所述外壳层和所述第二纳米碳材料的质量比为(78.4～98.4)：(4.9～14.9)：(0.7～2.7)。

根据本发明的实施例，在所述核壳结构微球中，所述核芯和所述壳层的质量比为(0.5～1.5)：(0.5～1.5)。

根据本发明的实施例，所述硅碳复合材料的粒径为500nm～3μm。

根据本发明的实施例，所述纳米硅颗粒的粒径为20nm～40nm。

在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制备前面所述的硅碳复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将用于形成第一纳米碳材料的第一碳源、第二纳米碳材料与第一溶剂混合，得到第一分散液；将纳米硅颗粒、用于形成无定形碳的第二碳源与第二溶剂混合，得到第二分散液；将所述第一分散液与所述第二分散液混合，得到第三分散液；将所述第三分散液进行喷雾干燥处理，得到预制物；将所述预制物进行煅烧处理，以便得到所述硅碳复合材料。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且可以有效制备得到前面所述的硅碳复合材料，制备所得的硅碳复合材料可作为动力电池的负极材料，其导电性能好、容量高、倍率性能好，且不易发生膨胀、不易粉化、稳定性强、循环性好。