[发明专利]一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硅碳复合材料，包括人造石墨和复合在所述人造石墨表面的多孔石墨烯；所述多孔石墨烯分本发明提供了一种硅碳复合材料，包括内核复合材料和包覆在所述内核复合材料表面的软碳层；所述内核复合材料为二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料。该复合材料具有核壳结构，由特定的二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料作为内核复合材料，外面包覆了软碳层，形成了多级微晶缓冲结构。而且本发明采用湿法砂磨方式实现了硅基材料在氧化石墨烯均匀混合，以此为核，分散至软碳前驱体中共碳化还原，得到硅碳复合材料。本发明工艺路线简单，降低了成本，减少了环境污染，可控性好，更加适于工业化推广和应用。

技术领域

本发明属于锂电池负极材料技术领域，涉及一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种具有多级微晶缓冲结构的硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。尤其是在实际应用中，锂离子电池已经成为各类便携式电子设备的理想能源，例如笔记本电脑，手机等。近几年电动汽车等新型电动设备高速发展，特别是新能源汽车的续航能力取决于电池的能量密度，随着消费者对汽车续航里程要求不断提高，高能量密度成为动力电池未来的发展方向，锂离子电池的能量密度主要取决于正负极材料的储锂容量与电压，解决这一问题有两个方向，一、开发高容量、高电位的正极材料；二、开发高容量、低电位的负极材料。所以负极材料同样决定着锂离子电池的性能，是影响锂离子电池性能的关键因素。而传统的商业化锂离子电池负极材料石墨，由于理论比容量较低(372mAhg^-1)，倍率性能不佳，放电电压较低易造成锂沉积而引起一系列的安全问题。在传统的石墨负极能量密度的潜力已经充分挖掘的情况下，动力电池想要进一步发展，提高电池容量，硅基负极成为当前解决能量密度问题的最佳手段之一，硅基材料采用合金化反应过程来存储能量，具有超高的理论比容量4200mAh/g。但是硅负极材料在脱嵌锂时伴随着可达300％的体积膨胀，且导电性差，使硅颗粒破碎、粉化，不能形成稳固的SEI膜，经过几次循环，容量衰减严重，无法单独应用于锂离子电池硅基材料，因此需要和导电性优异且能容纳硅体积变化的碳材料复合，才能大幅提高能量密度和循环稳定性。目前一般通过硅纳米化后(150nm)，硅与其他金属合金化，硅与惰性或活性基质复合三种主要途径来改善硅基负极材料循环性能。并与碳机制形成纳米硅碳复合材料，来缓解过大的体积膨胀，维持纳米硅的结构稳定性，提高材料的循环和倍率等性能。但是仍然不能综合的解决硅材料应用上存在的多方面的问题，难以在综合性能上得以提升，而且在制备过程中也存在原料昂贵、工艺复杂、能耗较高以及成本较高，对环境不友好等等问题。

因此，如何得到一种综合性能更加优异的硅碳复合材料，使其更适用于锂离子电池负极材料，而且更利于工业化大规模生产，具有重要的实际意义，也成为领域内的研发型企业广泛关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种硅碳复合材料及其制备方法、锂离子电池，特别是一种具有多级微晶缓冲结构的硅碳复合材料，本发明提供的硅碳复合材料，含有特定的包覆和内核结构，具有高循环寿命和高比容等优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景，而且制备工艺简单，可控性好，适于工业化推广和应用。

本发明提供了一种硅碳复合材料，包括内核复合材料和包覆在所述内核复合材料表面的软碳层；

所述内核复合材料为二氧化硅/硅/碳化硅/石墨烯复合材料。

优选的，所述硅碳复合材料具有核壳结构；

所述内核复合材料的粒径为0.05～10μm；

所述软碳层的厚度为2～20nm；

所述内核复合材料与所述软碳的质量比为1：(0.01～0.1)。