[发明专利]锂离子电池的硅基负极复合材料、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供一种锂离子电池的硅基负极复合材料，该硅基负极复合材料为Si/SiO+M复合材料，所述Si/SiO+M复合材料以硅(Si)为内核，所述硅的表面附着有氧化亚硅(SiO)和纳米金属(M)，从而在硅的表面形成氧化亚硅+纳米金属的双相结构；其中，所述金属氧化物为M_xO，x＝1或2，M为过渡金属。本发明还提供一种锂离子电池的硅基负极复合材料的制备方法及锂离子电池。本发明的硅基负极复合材料可缓解硅负极材料的体积膨胀，具有良好的电化学性能，且制备过程环境友好。

技术领域

本发明涉及储能电池材料技术领域，具体而言涉及一种锂离子电池的硅基负极复合材料、制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为最重要的能量存储技术之一，在促进便携式电子产品以及电动汽车的快速发展中一直发挥着关键作用。但目前以石墨类主导的传统负极材料容量已逐渐趋近于理论值372mAh/g，难以实现电池能量密度的进一步提高。为满足新一代能源需求，开发新型锂电负极技术迫在眉睫。因此，发展具有高容量和高安全的新型负极材料已经成为锂离子电池负极材料研究的热点和方向。

锂离子电池负极材料多以硅为基体，但硅基负极在脱嵌锂过程中存在严重的体积膨胀(300～400％左右)，锂离子的反复嵌入脱出产生的应力容易引起硅颗粒的机械粉化，从而导致新鲜的硅表面暴露在电解液，重新生成SEI膜，随着充放电的进行，SEI膜的持续生长将消耗电池中有限的锂源，最终导致电池的容量迅速衰减。

现有技术中，缓解硅负极材料的体积膨胀较为有效的手段是制备多孔硅负极材料，但第一步通过SiO₂的镁热还原反应制备的Si/MgO硅负极材料需要使用危险性高的镁粉作为原材料，而且第二步还使用高腐蚀性的氢氟酸(HF)对产物进行处理，虽获得多孔硅结构，但不符合安全、绿色、节能和减排的宗旨。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种锂离子电池的硅基负极复合材料，该硅基负极复合材料可缓解硅负极材料的体积膨胀，具有良好的电化学性能，且制备过程环境友好。

根据本发明目的的第一方面，提供一种新型硅负极复合材料锂离子电池的硅基负极复合材料，该硅基负极复合材料为Si/SiO+M复合材料，所述Si/SiO+M复合材料以硅(Si)为内核，所述硅的表面附着有氧化亚硅(SiO)和纳米金属(M)，从而在硅的表面形成氧化亚硅+纳米金属的双相结构；

其中，所述金属氧化物为M_xO，x＝1或2，M为过渡金属。

优选的，M为Ag、Cu、Ni、Fe或Co。

优选的，所述金属氧化物为Ag₂O、CuO、NiO、FeO或CoO。

优选的，所述Si/SiO+M复合材料中，各物质的摩尔比为n_Si:n_SiO:n_M＝(1～11):1:1。

根据本发明目的的第二方面，提供一种前述锂离子电池的硅基负极复合材料的制备方法，包括以下步骤：

在氩气保护下，将硅粉和金属氧化物通过高能球磨工艺，进行原位固相反应，得到第一复合材料；

对第一复合材料进行热处理，得到Si/SiO+M复合材料；

其中，所述金属氧化物为Ag₂O、CuO、NiO、FeO或CoO。

优选的，所述硅粉和金属氧化物的摩尔质量比为(2～12):1，所述硅粉的粒径为微米级。

优选的，高能球磨的球料比为(20～60)：1。

优选的，高能球磨的球磨速度为300～600rpm，球磨时为3～15h。

优选的，对所述第一复合材料的热处理过程如下：