[发明专利]球形微米硅及制备方法、核壳结构复合材料、电极及电池

说明书

本申请公开一种球形微米硅，所述球形微米硅的内部为晶态硅，表面为非晶态硅，所述球形微米硅的平均粒径D50为1～8μm，球形度为0.7～0.95。本申请还公开一种球形微米硅的制备方法、包括所述球形微米硅的核壳结构复合材料、包括所述球形微米硅或核壳结构复合材料的电极、包括上述电极的电池、包括上述电池的电路以及包括上述电路的用电设备。

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，具体涉及一种球形微米硅及其制备方法、包括该球形微米硅的核壳结构复合材料、电极及电池。

背景技术

目前，硅材料由于其高比容量成为最具发展前景的下一代锂电池负极材料。纳米结构硅在一定程度上可以缓解硅颗粒的破碎，成为目前研究的重要方向。但是纳米硅成本高、批次稳定性较差、活性大容易氧化、易团聚、难以分散的缺点导致其制备困难、一致性较差。

微米硅可以解决以上问题，其由于成本低、制备工艺简单、首效高的特点逐渐受到重视。但是通过机械破碎得到的微米硅为无规则形貌，表面具有很多的棱角。首先，棱角的存在不利于对微米硅进行连续均匀的表面包覆改性；再者，棱角的存在会降低粘结剂对微米硅的附着力，造成极片掉粉；此外，硅嵌锂过程中各向异性的体积膨胀容易在棱角处发生失效或破坏颗粒完整性。可见，微米硅的表面改进、电化学过程中结构稳定性的提高都是当前难以克服的问题。

发明内容

为解决现有技术中的微米硅因棱角过多导致的各向膨胀异性、包覆层稳定性差的问题，以及现有微米硅球形化工艺的批次制备量少、价格昂贵的问题，本申请旨在提供一种高球形度的球形微米硅，以及一种球形微米硅的烧结球形化工艺，有效提高了微米硅、微米硅复合材料的结构稳定性，使微米硅各向均匀膨胀。

本申请的具体技术方案如下：

1.一种球形微米硅，其特征在于，所述球形微米硅的内部为晶态硅，表面为非晶态硅，所述球形微米硅的平均粒径D50为1～8μm，球形度为0.7～0.95。

2.根据项1所述的球形微米硅，其特征在于，所述球形微米硅的平均粒径D50为2～5μm；

优选地，所述球形微米硅的球形度为0.8～0.95；

优选地，所述球形微米硅的比表面积为0.5～5m²/g，优选为1～4m²/g。

3.根据项1或2所述的球形微米硅，其特征在于，所述非晶态硅的厚度为1～20nm，优选为2～10nm。

4.一种球形微米硅的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

将晶态微米硅在惰性气氛下烧结、保温、降温和破碎，得到球形微米硅。

5.根据项4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为1300～1600℃，优选为1400～1500℃；

优选地，以1～10℃/min、优选为3～6℃/min的升温速率升温至所述烧结温度；

优选地，所述保温时间为0.5～10h，优选为0.5～4h；

优选地，所述降温速率为10～100℃/min，优选为50～80℃/min；

优选地，所述晶态微米硅的平均粒径D50为1～8μm，球形度为0.3～0.7；

优选地，所述球形微米硅的平均粒径D50不高于所述晶态微米硅的平均粒径D50；

优选地，所述惰性气氛为氮气或氩气。

6.根据项4或5所述的制备方法，其特征在于，其为项1～3中任一项所述的球形微米硅的制备方法。

7.一种由项4或5所述的制备方法制得的球形微米硅。