[发明专利]一种硅碳负极材料及其应用

说明书

本发明涉及一种硅碳负极材料及其应用。本发明所述负极材料由里到外依次包括多孔碳基体、嵌硅层、硅包覆杂化层、碳包覆杂化层；硅嵌入所述多孔碳基体表面孔隙中形成嵌硅层，得到表面包裹嵌硅层的多孔碳基体；所述嵌硅层表面包裹硅包覆杂化层，所述硅包覆杂化层表面包裹碳包覆杂化层；所述硅包覆杂化层与所述碳包覆杂化层含有含锂一维碳材料。本发明通过含锂一维碳材料嵌入硅层、含碳气体沉积的碳层中，形成硅包覆杂化层、碳包覆杂化层，增加硅碳连接点，硅颗粒之间的分离程度降低，Lisupgt;+/supgt;传输距离变短，同时缩短电子扩散路径，最终提升了硅碳负极材料的电化学反应动力学，降低电池内阻。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，尤其是指一种硅碳负极材料及其应用。

背景技术

传统石墨负极材料已经不能够满足电动汽车领域以及航天领域对于锂离子电池高能量密度和高循环寿命的需求。硅基负极材料由于其超高的理论比容量以及丰富储量在目前的电池市场备受瞩目。

硅和锂的合金化反应经常引起大的体积膨胀，导致阳极结构的粉碎和在Si颗粒表面上连续形成固体电解质界面(SEI)。此外，在锂离子的锂化/去锂化过程中，锂的持续消耗也会导致容量的降低。这些因素极大地限制了硅阳极的实际应用。

通过设计硅材料内部较小的硅晶颗粒尺寸、更多的硅孔隙和碳孔隙、碳基体包覆等策略，更容易缓冲硅在脱嵌锂过程中体积膨胀所产生的应力和应变，多孔结构具有较高的体积变化的容忍上限，这些策略有效地抑制了硅基负极材料的体积效应的恶化，改善了硅基负极的电化学性能，但因其内部孔隙较大，比表面积过高，硅被分化较多、隔开的较远，可能导致Li⁺传输距离变长，不利于Li⁺离子传导，导致充放电内阻过高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种硅碳负极材料及其应用。本发明通过提供硅碳负极材料、极片及其应用，通过设计具有缺陷的一维碳材料，在其上附着锂元素，形成含锂一维碳材料，并将含锂一维碳材料混合在硅、碳包覆层中，在多孔碳基体的嵌硅层表面依次形成硅包覆杂化层、碳包覆杂化层，制备出的硅碳负极材料的内部孔隙较小，硅与碳、硅与硅之间接触更紧密，粉末电阻低，电池充放电内阻低，循环稳定性优异。

本发明的第一个目的在于提供一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料由里到外依次分布的多孔碳基体、嵌硅层、硅包覆杂化层、碳包覆杂化层；

硅嵌入所述多孔碳基体表面孔隙中形成嵌硅层，得到表面包裹嵌硅层的多孔碳基体；

所述嵌硅层表面包裹硅包覆杂化层，所述硅包覆杂化层表面包裹碳包覆杂化层；

所述硅包覆杂化层与所述碳包覆杂化层含有含锂一维碳材料。

在本发明的一个实施例中，所述硅碳负极材料至少满足以下条件中的一种或多种：

粒度D50为2μm~35μm；

碳含量为20wt%~86wt%；

振实密度为0.7g/cc~1.35g/cc；

比表面积为0.66m²/g~9m²/g。

在本发明的一个实施例中，所述硅碳负极材料至少满足以下条件中的一种或多种：

所述多孔碳基体的粒径D50为2μm~19μm；

所述嵌硅层厚度为0.01μm~0.5μm；

所述硅包覆杂化层厚度为0.05μm~5μm；

所述碳包覆杂化层厚度为0.001μm~0.2μm。

本发明的第二个目的在于提供一种硅碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

提供多孔碳基体；