[发明专利]一种自填充包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种自填充包覆硅基复合材料，所述自填充包覆硅基复合材料由纳米硅层、填充层和表面修饰层构成；所述纳米硅层中纳米硅的粒度D50为＜200nm；所述填充层为碳填充层，其填充于纳米硅之间；本发明提供一种具有高首效、低膨胀和长循环等优点的自填充包覆硅基复合材料；本发明还提供一种自填充包覆硅基复合材料的制备方法及其应用，其工艺简单易行，产品性能稳定，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种自填充包覆硅基复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

目前商业化负极材料主要为天然石墨、人造石墨和中间相等石墨类材料，但因其理论容量较低(372mAh/g)，无法满足于市场的需求。近年来，人们的目光瞄准新型高比容量负极材料：储锂金属及其氧化物(如Sn，Si)和锂过渡金属磷化物。在众多新型高比容量负极材料中，Si因具有高的理论比容量(4200mAh/g)而成为最具潜力的可替代石墨类材料之一，但是硅基在充放电过程中存在巨大的体积效应，易发生破裂和粉化，从而丧失与集流体的接触，造成循环性能急剧下降；此外硅基材料的本征电导率低，倍率性能差。因此降低体积膨胀效应、提升循环性能和倍率性能对硅基材料在锂离子电池中的应用有重大意义。

现有的硅碳负极材料采用纳米硅层、石墨和碳造粒得到复合材料。由于纳米硅包覆在石墨颗粒表面形成核壳结构，微米级的石墨颗粒不能很好的释放放电过程中的应力，导致局部结构破坏，影响材料整体性能。因此，如何降低体积膨胀效应和改善循环性能对硅基材料在锂离子电池中的应用有重大意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有高首效、低膨胀和长循环等优点的自填充包覆硅基复合材料。

本发明还提供一种自填充包覆硅基复合材料的制备方法及其应用，其工艺简单易行，产品性能稳定，具有良好的应用前景。

本发明采用如下技术方案：

一种自填充包覆硅基复合材料，所述自填充包覆硅基复合材料由纳米硅层、填充层和表面修饰层构成；所述纳米硅层中纳米硅的粒度D50为＜200nm；所述填充层为碳填充层，其填充于纳米硅之间。

对上述技术方案的进一步改进为，所述自填充包覆硅基复合材料的粒径D50为2～40μm；所述自填充包覆硅基复合材料的比表面积为0.5-15m²/g；所述自填充包覆硅基复合材料的孔隙率为1-20％。

对上述技术方案的进一步改进为，所述自填充包覆硅基复合材料的氧含量为0-20％；所述自填充包覆硅基复合材料的碳含量为20-90％；所述自填充包覆硅基复合材料的硅含量为5-90％。

对上述技术方案的进一步改进为，所述纳米硅层中纳米硅为纳米硅颗粒或纳米氧化硅颗粒；所述表面修饰层为碳修饰层，其至少为一层，单层厚度为0.2-1.0μm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述纳米硅层中纳米硅为SiO_x，其中X为0-0.8。

对上述技术方案的进一步改进为，所述纳米硅层中纳米硅的氧含量为0-31％；所述纳米硅层中纳米硅的晶粒大小为1-40nm。

一种自填充包覆硅基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S0、将纳米硅、分散剂、粘结剂在溶剂中混合分散均匀，进行喷雾干燥处理，得到前驱体A；

S1、将前驱体A与有机碳源进行机械混合及机械融合，得到前驱体B；

S2、将前驱体B进行高温真空/加压碳化，得到前驱体C；

S3、将前驱体C进行粉碎筛分处理，得到前驱体D；

S4、将前驱体D进行碳包覆，得到所述的自填充包覆硅基复合材料。