[发明专利]复合硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种复合硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述复合硅基负极材料为核壳结构，所述核壳结构包括核体、包覆于所述核体的第一壳层和包覆于所述第一壳层的第二壳层；其中，所述核体的材料包括硅负极材料，所述第一壳层的材料包括预锂化材料，所述第二壳层的材料包括碳。本发明复合硅基负极材料首次库伦效率，内阻低，双壳层力学性能高，能有效抑制硅基负极材料体积膨胀，在充放电过程中保持结构稳定性，且循环性能优异。而且其工艺条件易控，能够保证制备的复合硅基负极材料结构和性能稳定。锂离子电池含有本发明复合硅基负极材料，其首次库伦效率高，具有优异的循环性能，寿命长，电化学性能稳定。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种复合硅基负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着人们对环境保护和能源危机意识的增强，锂离子电池作为一种绿色环保的储能技术越来越受到人们的欢迎。锂离子电池因其容量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电子产品广泛应用和电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池的市场日益广阔，但同时对锂离子电池安全提出了更高的要求。

当前，商业化的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但它的理论比容量仅为372mAh/g，无法满足市场对锂离子电池高容量密度的需求。

目前，硅基负极材料的理论比容量高、嵌锂平台适宜，是一种理想的锂离子电池用高容量负极材料。但在充放电过程中，硅的体积变化达到300％以上，剧烈的体积变化所产生的内应力，容易导致电极粉化、剥落，影响循环稳定性。

为了有效克服硅在充放电过程中的体积膨胀导致的不利影响，目前硅负极材料的研究方向主要有纳米硅碳复合材料、氧化亚硅材料、无定型硅合金、多孔硅氧材料等，在硅核体材料表面形成的连续碳膜可以提高硅基材料的导电性，抑制材料与电解液之间的副反应。但有文献证明，在长循环过程中仍然会因为体积膨胀过大而被覆膜开裂，从而使得电接触减少，导电能力变差，从而导致循环性能依然不理想，而且电池的首次库伦效率偏低。

目前也在尝试提高首次库伦效率硅基负极材料首次库伦效率，如采用有机物与锂盐在高温下进行反应生成含有有机锂的硅基负极材料，但是在实际应用中发现该有机锂不稳定而且补锂效果也不理想，还导致导电率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合硅基负极材料及其制备方法，以解决现有硅基负极材料循环性能和首次库伦效率不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种负电极和含有所述负电极的锂离子电池，以解决现有含硅基负极的锂离子电池存在循环性能和首次库伦效率的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种复合硅基负极材料。所述复合硅基负极材料为核壳结构，所述核壳结构包括核体、包覆于所述核体的第一壳层和包覆于所述第一壳层的第二壳层；其中，所述核体的材料包括硅负极材料，所述第一壳层的材料包括预锂化材料，所述第二壳层的材料包括碳。

本发明的另一方面，提供了一种复合硅基负极材料的制备方法。所述复合硅基负极材料的制备方法包括如下步骤：

在硅负极材料表面形成包覆于所述硅负极材料的含预锂化材料层；

在所述含预锂化材料层表面形成含碳包覆层。

本发明的再一方面，提供了一种负电极。所述负电极包括集流体和结合在所述集流体表面的硅基活性层，所述硅基活性层含有本发明复合硅基负极材料或由本发明复合硅基负极材料的制备方法制备的复合硅基负极材料。

本发明的又一方面，提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池包括负极，所述负极为本发明负电极。

与现有技术相比，本发明具有以下的技术效果：