[发明专利]一种硅碳复合负极材料、制备方法以及负极和锂离子电池

说明书

本发明公开一种硅碳复合负极材料，包括：氧化亚硅，还有附着在氧化亚硅表面的纳米硅，在附着有所述纳米硅的氧化亚硅表面包覆着纳米碳层。本发明还公开一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括：制备纳米硅：取硅原料，制备纳米硅；纳米硅附着氧化亚硅：取氧化亚硅粉原料，将所述纳米硅附着在氧化亚硅粉原料颗粒表面；包覆：将纳米碳包覆在附着有所述纳米硅的氧化亚硅粉原料颗粒的表面形成纳米碳层，得到硅碳复合材料。本发明还公开一种包含上述硅碳复合负极材料的锂离子电池负极和锂离子电池。本发明具有比容量高、库伦效率高、体积效应低、循环性能好等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种硅碳复合负极材料、制备方法以及负极和锂离子电池。

背景技术

氧化亚硅具有较高的理论比容量(＞2500mAh/g)、较小的电化学循环体积效应(＜150％)、较低的脱嵌锂电位等优点，是一种极具潜力的锂电池负极材料。但是，氧化亚硅作为锂电池负极材料也存在一些不足：氧的含量会影响其稳定性和可逆容量，如提高氧含量，循环性得到改善，但容量会降低，并且，由于首次嵌锂过程中的Li₂O和锂硅酸盐形成过程是不可逆的、以及较差的导电性，使得首次库仑效率较低，电化学动力学性能较差，导致电池倍率性能差。

硅材料，相比于氧化亚硅，虽然具有更高的理论比容量(＞3580mAh/g)、库伦效率(＞80％)，但是，在电化学循环过程中膨胀体积效应大(＞300％)，导致充放电循环过程中会粉化从集流体上剥落，使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时，还会不断消耗电解液，形成新的固相电解质层SEI，最终导致电池电化学性能的恶化。

由于，上述硅基负极材料在应用中存在的上述问题，很难直接运用到锂离子电池中。现阶段，科研人员发现采用硅碳复合材料、材料结构设计(如纳米化、低维化材料、多孔中空结构)、硅化合物型复合材料等方式可以改善硅碳复合负极材料性能，并取得了一定的成果，但是仍难以满足实际生产应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种比容量高、库伦效率高、体积效应低、循环性能好的硅碳复合负极材料、制备方法、以及负极和锂离子电池。

根据本发明的一个方面，提供一种硅碳复合负极材料，其技术方案如下：

一种硅碳复合负极材料，包括：氧化亚硅，还有附着在氧化亚硅表面的纳米硅，在附着有所述纳米硅的氧化亚硅表面包覆着纳米碳层。

优选的是，所述纳米硅包括超细纳米硅颗粒和/或超薄片状纳米硅。

优选的是，所述超细纳米硅颗粒的粒径为0.5nm～50.0nm，所述超薄片状纳米硅的尺寸为50nm～200nm，所述氧化亚硅的粒径为2.0μm～10.0μm。

优选的是，所述氧化亚硅、纳米硅、碳含量的重量份比例范围为(7～98)：(1～2)：1。

优选的是，所述纳米碳层的厚度为5～30nm。

根据本发明的另一个方面，提供一种硅碳复合负极材料的制备方法，其技术方案如下：

一种硅碳复合负极材料的制备方法，包括：

制备纳米硅：取硅原料，制备纳米硅；

将纳米硅附着氧化亚硅：取氧化亚硅粉原料，将所述纳米硅附着在氧化亚硅粉原料颗粒表面，

包覆：将纳米碳包覆在附着有所述纳米硅的氧化亚硅粉原料颗粒的表面形成纳米碳层，得到硅碳复合材料。

优选的是，所述制备纳米硅包括以下步骤：

取片状硅粉进行湿法球磨处理，再经过多次砂磨，喷雾烘干、以及氧化和刻蚀，得到超薄片状纳米硅；