[发明专利]硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池硅材料技术领域，具体提供一种硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池。所述硅氧复合材料为具有核壳结构的复合材料，其核层材料为多孔SiO_x颗粒，壳层材料为聚单宁酸，且核层材料和壳层材料之间以及壳层材料中嵌有导电剂；其中，0＜x＜2。本发明的硅氧材料具有良好导电性能和良好的结构稳定性，用作锂离子电池负极活性材料时，可以有效提高硅基负极材料的结构稳定性和倍率特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池硅材料技术领域，具体涉及一种硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有容量大，循环寿命长及无记忆效应等优点，因而被广泛应用于数码产品、电动工具等领域中。随着技术的不断进步，高能量密度锂离子电池的开发与应用逐渐进入人们的视野，寻找和开发具有更高能量密度的锂离子电池材料已经成为科研人员研究的重点方向。在高能量密度锂离子电池材料的研究过程中，硅是如今发现的所有负极材料中比容量最高的材料，其质量比容量可达到3579mAh/g，是目前商业化的石墨基负极材料比容量(372mAh/g)的10倍以上，具有非常大的应用前景。但是，硅及硅氧材料在充放电过程中体积的巨大变化导致颗粒的破碎以及粉化，会使得固体电解质界面膜(SEI膜)的不断破碎和生成，由此导致电池的寿命急速下降。为解决硅负极材料存在的上述问题，现有技术通过对硅颗粒进行纳米化、复合化、合金化等手段以改善硅的表面特性。其中，纳米化是将硅颗粒变成纳米线、纳米管、多孔硅、空心硅、硅薄膜等以减弱循环中的应力变化；而复合化则是将硅与无定形碳、碳纳米管、石墨烯、二氧化钛等进行复合，从而缓解充放电过程中的体积变化；合金化则是将硅颗粒制成FeSi、NiSi等，从而在硅表面形成键能以抵制硅体积变化和破坏。但是这些对硅材料的改性方法，仍然无法完全解决硅及硅氧材料在充放电过程中颗粒的破碎和粉化问题，即使采用上述方法处理，仍然无法满足大倍率充放电的要求。

发明内容

针对目前硅负极材料用在锂离子电池上在由于充放电过程中体积变化大导致颗粒破碎和粉化从而不利于SEI膜的稳定、不利于大倍率充放电以及电池循环寿命短等问题，本发明提供一种硅氧复合材料及其制备方法。

进一步地，本发明还提供以本发明硅氧复合材料为负极活性物质的锂离子电池。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种硅氧复合材料，所述硅氧复合材料为具有核壳结构的复合材料，其核层材料为多孔SiO_x颗粒，壳层材料为聚单宁酸，且核层材料和壳层材料之间以及壳层材料中嵌有导电剂；

其中，0＜x＜2。

相应地，一种硅氧复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S01.将SiO_x材料溶于碱性溶液中混匀，升温至30～70℃使SiO_x材料与碱性溶液发生反应，经分离、洗涤、干燥，得到中间产物；

步骤S02.将所述中间产物与单宁酸、导电剂、去离子水混合后，超声处理，获得均匀的混合溶液；

步骤S03.将所述混合溶液的pH调节至碱性，使单宁酸发生聚合，得到硅氧复合材料。

进一步地，一种锂离子电池，包括负极，所述负极上的活性物质选自上述所述的硅氧复合材料；或者所述负极的活性物质由如上所述的硅氧复合材料的制备方法制备得到。

本发明的技术效果为：

相对于现有技术，本发明上述提供的硅氧复合材料，在多孔SiO_x颗粒表面包覆一层聚单宁酸，从而形成具有核壳结构的复合材料，并且在聚单宁酸和多孔SiO_x颗粒之间以及聚单宁酸层间还嵌有导电剂，可以使得硅氧材料具有良好导电性能和良好的结构稳定性，用作锂离子电池负极活性材料时，可以有效提高硅基负极材料的结构稳定性和倍率特性。