[发明专利]一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，特别是涉及一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料，所述长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料由硅源、闭孔、填充层和碳包覆层构成；所述闭孔为一个大闭孔或由若干小闭孔构成；所述填充层为碳填充层；本发明提供一种降低体积膨胀效应和改善循环性能的体积效应的长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料。本发明还提供一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料的制备方法及其应用，工艺简单，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。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，特别是涉及一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料、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，但是硅基材料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。因此降低体积膨胀效应和提升循环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硅源与石墨复合造粒得到。由于硅源分散均匀困难，势必导致造粒过程中硅源局部团聚现象，硅源团聚的地方在充放电过程中会引起局部的应力集中，导致复合材料局部结构破坏，影响材料的整体性能。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，本发明提供一种降低体积膨胀效应和改善循环性能的体积效应的长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料。

本发明还提供一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料的制备方法及其应用，工艺简单，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。

本发明采用如下技术方案：

一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料，所述长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料由硅源、闭孔、填充层和碳包覆层构成；所述闭孔为一个大闭孔或由若干小闭孔构成；所述填充层为碳填充层。

对上述技术方案的进一步改进为，所述闭孔的外表面包括有碳层；所述闭孔的大小为0.01～8μm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述硅源为多晶纳米硅或非晶纳米硅中的任一种或多种。

对上述技术方案的进一步改进为，所述硅源为多晶纳米硅时，所述多晶纳米硅的晶粒大小为1～40nm。

对上述技术方案的进一步改进为，所述硅源为SiO_x，其中X为0～0.8；所述硅源的粒度D50小于200nm。

一种长循环、低膨胀内孔结构硅碳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S0、将硅源、分散剂、造孔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进行碳化处理，得到前驱体B；

S2、将前驱体B与有机碳源进行机械混合及机械融合，得到前驱体C；

S3、将前驱体C进行高温真空或加压碳化，得到前驱体D；

S4、将前驱体D进行粉碎筛分处理，得到前驱体E；

S5、将前驱体E进行碳包覆热处理，得到所述的硅碳复合材料。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述步骤S0中，所述造孔剂为不溶于或者微溶于分散剂的有机物。