[发明专利]一种高性能硅基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高性能硅基复合材料，包括锂元素和导电物质；其中，锂元素占高性能硅基复合材料总质量的0％‑20％；导电物质占高性能硅基复合材料总质量的0.1％‑20％；高性能硅基复合材料的微观结构为多相弥散结构；多相弥散结构由气态原料均匀混合得到；气态原料包括：气态的硅源材料、气态的锂源材料和气态的导电物质；高性能硅基复合材料的粒径D50在1nm‑100μm，比表面积在0.5msupgt;2/supgt;/g‑40msupgt;2/supgt;/g之间。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别涉及一种高性能硅基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着国家政策的大力支持，新能源发电行业迎来发展高潮。新机遇的同时更是提出新的挑战。目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量严重限制了锂离子电池的进一步发展。

硅基材料成为锂离子电池负极材料的研究热点之一，具有高能量密度，高理论比容量，高工作电压和无记忆效应，但同时存在着巨大的体积膨胀率，电子导电性差和初始活性锂损失较大的不足。为了进一步提升电池的首周库伦效率和快充性能，需引入额外的锂源，还需要提高硅基负极颗粒内部的导电性能。

因此，本发明设计了一种锂元素、导电物质均匀弥散分布的高性能硅基复合材料及其制备方法，进一步提升电池的首周库伦效率和快充性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种高性能硅基复合材料及其制备方法和应用，锂元素、导电物质弥散分布在硅基负极材料中，在脱嵌锂过程中，降低锂离子的消耗，同时加速锂离子的内部传导速率，提高硅基负极材料的首周库伦效率和倍率性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种高性能硅基复合材料，所述高性能硅基复合材料中包括锂元素和导电物质；

所述锂元素占高性能硅基复合材料总质量的0％-20％；所述导电物质占高性能硅基复合材料总质量的0.1％-20％；

所述高性能硅基复合材料的微观结构为多相弥散结构；所述多相弥散结构由气态原料均匀混合得到；所述气态原料包括：气态的硅源材料、气态的锂源材料和气态的导电物质；

所述高性能硅基复合材料的粒径D50在1nm-100μm，比表面积在0.5m²/g-40m²/g之间。

优选的，所述气态的硅源材料包括：气化的硅粉和/或气化的二氧化硅；

所述气态的锂源材料包括：气化的无机锂源和/或气化的有机锂源；

所述气态的导电物质包括：气化的导电聚合物和/或气化的导电非金属单质。

优选的，所述硅源材料包括：硅粉和/或二氧化硅粉；

所述导电物质包括：导电聚合物和/或导电非金属单质；

所述导电聚合物是由具有共轭π键和/或得失电子能力强的原子或基团,经化学或电化学掺杂后的高分子聚合物，具备达到半导体或导体电导率的高分子材料，具体包括：聚乙炔、聚环氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚苯乙烯、1,8-二氨基萘、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯撑或聚苯胺中的一种或多种；

所述导电非金属单质包括：石墨烯、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、导电炭黑或导电碳纤维中的一种或多种。

所述锂元素的来源为锂源材料，所述锂源材料包括：有机锂源和/或无机锂源；

所述有机锂源包括：丁基锂和/或苯基锂；

所述无机锂源包括：碳酸锂、氮化锂、磷酸锂、锰酸锂或金属锂中的一种或多种。

第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的高性能硅基复合材料的制备方法，所述制备方法包括：