[发明专利]硅基复合负极材料及其制备方法和全固态锂电池

说明书

本申请提供了一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括硅基材料内核，以及依次包覆所述硅基材料内核的反钙钛矿固态电解质层和硫系固态电解质层，所述反钙钛矿固态电解质层包括Li_3‑tOH_tA，其中A为Cl、Br和I中的至少一种，0≤t≤2。该硅基复合负极材料阻抗低，离子电导率高，电化学性能突出。本申请还提供了该硅基复合负极材料的制备方法和全固态锂电池。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体涉及硅基复合负极材料及其制备方法和全固态锂电池。

背景技术

近年来，使用固态电解质的全固态锂电池因具有较高的安全性而得到广泛关注。其中，理论比容量较高、安全性高的硅负极被认为是突破全固态锂电池能量密度的有效路径。但硅负极的离子和电子导电能力较差，通常还需要对其进行表面改性，或加入大量固态电解质和导电剂等添加剂进行辅助，而不具备电化学活性的添加剂反而降低了硅负极容量、全固态锂电池的比能量等性能，制约了全固态锂电池的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种硅基复合负极材料及其制备方法、负极和全固态锂电池，该硅基复合负极材料阻抗低，离子电导率高，电化学性能突出，由该硅基复合负极材料制得的电池容量高、循环性能好，有利于其应用。

第一方面，本申请提供了一种硅基复合负极材料，所述硅基复合负极材料包括硅基材料内核，以及依次包覆所述硅基材料内核的反钙钛矿固态电解质层和硫系固态电解质层，所述反钙钛矿固态电解质层包括Li_3-tOH_tA，其中A为Cl、Br和I中的至少一种，0≤t≤2。

可选的，所述硫系固态电解质层的厚度大于所述反钙钛矿固态电解质层的厚度。

可选的，所述反钙钛矿固态电解质层和所述硫系固态电解质层的厚度比为1:(2-100)。

可选的，所述反钙钛矿固态电解质层的厚度为5nm-200nm。

可选的，所述硫系固态电解质层的厚度为20nm-3μm。

可选的，所述硅基材料内核的粒径为10nm-1μm。

可选的，所述硅基材料内核包括单质硅材料、硅合金材料、硅氧材料和硅碳材料中的至少一种。

进一步的，所述硅合金材料包括锂硅合金Li_xSi，0＜x≤4.4。

进一步的，所述硅氧材料包括氧化亚硅SiO_y，0＜y＜2。

可选的，所述硫系固态电解质层包括玻璃态的mLi₂S·nP₂S₅和结晶态的Li_aP_bS_c中的至少一种，其中，m+n＝100，m＞n，a、b和c是大于零的正整数，a+5b＝2c，1≤a/b＜4。

本申请第一方面提供的硅基复合负极材料中，反钙钛矿固态电解质层和硫系固态电解质层可以为硅基材料内核提供离子导电网络，大幅度提升硅基复合负极材料的离子电导率，同时，反钙钛矿固态电解质层具有导离子但不导电子的特性，从而可以降低硅基材料内核表面电压，保证硫系固态电解质层不被分解，进而避免了硫系固态电解质层分解产生的阻抗增加的问题，有利于降低界面阻抗，提升硅基复合负极材料的电化学性能。

第二方面，本申请还提供了一种硅基复合负极材料的制备方法，包括：

硅基材料用反钙钛矿固态电解质材料包覆，得到第一包覆物，所述反钙钛矿固态电解质材料包括Li_3-tOH_tA，其中A为Cl、Br和I中的至少一种，0≤t≤2；

所述第一包覆物用硫系固态电解质包覆，得到硅基复合负极材料。