[发明专利]一种硅基复合材料及其制备方法、负极材料和锂电池

说明书

本发明涉及一种硅基复合材料及其制备方法、负极材料和锂电池。所述制备方法包括以下步骤：步骤(1)在碳材料的表面均匀气相沉积硅基材料；步骤(2)对步骤(1)所得材料进行碳包覆；步骤(3)对步骤(2)所得材料进行物理除磁处理,得到所述硅基复合材料；本发明还涉及包含所述硅基复合材料的锂离子电池负极材料和锂电池。本发明的硅基复合材料的制备方法解决了硅基材料的制备与均匀分散两个问题，且具有流程简单、易于规模化生产等优点，所得复合材料用于锂离子电池负极材料表现出优异的循环性能。

本申请是2017.05.03提出的申请号为201710307595.9，发明名称为《一种硅基复合材料及其制备方法、负极材料和锂电池》的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种硅基复合材料及其制备方法、负极材料和锂电池。

背景技术

锂离子电池自上世纪90年代由SONY公司商业化以来，已逐步占据了便携式消费类电子市场，在电动汽车，储能领域也有广阔的发展前景。

随着技术的发展，人们对锂离子电池的体积能量密度和质量能量密度提出越来越高的要求。然而，锂离子电池自面世以来，碳材料就一直是负极材料的首选，而石墨材料的理论容量仅为372mAh/g，目前各大型负极材料厂家的高端产品容量均已十分接近该理论容量，因此，开发新型负极材料已成为目前产业的大势所趋。

在诸多候选材料中，硅材料由其高比容量，低成本，合适的脱嵌锂电位，丰富的资源被广泛的认为是下一代锂离子负极材料，然而，其在脱嵌锂过程中接近300％的体积应变严重影响其循环性能。为解决该问题，人们开发出两条技术路线，一种是用碳材料吸收硅应变的硅碳复合路线，另一种是将1-10nm的硅微晶分散于氧化硅基体中的氧化亚硅路线。值得注意的是，许多研究证明，硅材料颗粒越小，就越有利于缓和其应力应变，然而，纳米材料同时也带来了制备，分散，以及比表面积过大的难题。

发明内容

本发明的目的是针对负极材料的现状，提供一种硅基复合材料及其制备方法、负极材料和锂电池，所述制备方法一步解决了纳米材料的制备与均匀分散两个问题，且具有流程简单，易于规模化生产的特点，所得硅基复合材料用于锂离子电池负极材料表现出优异的循环性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种硅基复合材料的制备方法，所述制备方法包括：

步骤(1)在碳材料的表面均匀气相沉积硅基材料；

步骤(2)对步骤(1)所得材料进行碳包覆；

步骤(3)对步骤(2)所得材料进行物理除磁处理,得到所述硅基复合材料；

其中，所述硅基材料由硅和二氧化硅，和/或氧化亚硅，以及选自B、Al、Na、Mg、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ge、Sn中的一种或几种的复合元素或其氧化物复合形成；

所述硅基材料的微观结构为1-50nm的硅微晶或者硅基合金微晶弥散分布于金属氧化物和/或复合氧化物母相之中；

其中,所述步骤(1)在碳材料的表面均匀气相沉积硅基材料具体为：在真空条件下，将硅和二氧化硅，和/或氧化亚硅，以及任选的选自B、Al、Na、Mg、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Ge、Sn中的一种或几种的复合元素或其氧化物混合均匀后，加热至1000-2000摄氏度，沉积在温度为200-700摄氏度的碳材料上；

所述步骤(2)对步骤(1)所得材料进行碳包覆具体为：在气相沉积过程中，通入气体碳源中的一种或多种，在700-1100摄氏度下碳化；或者，在气相沉积后，将得到的材料与液体或者固体碳源，通过固相或者液相均匀混合后，在700-1100摄氏度下进行热处理。