[发明专利]一种锂离子电池用硅/硅氧碳/石墨复合负极材料

权利要求书

1.一种用于锂离子电池的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料，其特征在于：该材料是由导电性能和循环稳定性能良好的石墨骨架材料、中间缓冲层SiOC材料和含硅材料SiO_z所组成，且0≤z≤2，并且含硅材料SiO_z通过Si-O键与缓冲层SiOC材料结合，而缓冲层SiOC则通过离域的π键与石墨骨架材料结合；该硅基复合负极材料的化学计量式为aSiO_z-bSiO_xC_y-C，其中0＜a≤0.2，0＜b≤0.4；0≤z≤2，0＜x＜4，0＜y≤20。

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料，其特征在于：所述的含硅材料为粉末状，所述的含硅材料的粒径小于3μm。

3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料，其特征在于：所述的石墨骨架材料为粉末状，所述的石墨骨架的粒径小于25μm。

4.一种如权利要求1所述用于锂离子电池的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料的制备方法，包含如下步骤：

(1)含硅材料在石墨表面的吸附分散：取质量比为0.1～2含硅材料SiO_z和有机硅氧烷单体化合物，且0≤z≤2，并经球磨或机械搅拌0.5h-12h，将含硅材料SiO-_z分散在液态的有机硅氧烷单体化合物中，得到混合均匀的分散液，其中，所述的含硅材料SiO_z为粉末状，其粒径小于3μm；向上述分散液中加入与有机硅氧烷单体化合物质量比为1∶30～1∶5的乙醇-水的酸性溶液或酸性水，该乙醇-水的酸性溶液或酸性水的pH＝1-7，且pH≠7，并保持球磨或机械搅拌0.5h-48h，使Si-O键充分形成；添加或不添加固化剂，其中，固化剂的质量为有机硅氧烷单体化合物质量的0～0.05；向上述溶液中添加与含硅材料SiO_z质量比为1～9.9石墨材料，其粒径小于25μm；机械搅拌0h-48h，得粘稠状混合物；上述混合物经过机械混捏混合，得膏状混合物；

(2)高温固相反应：膏状混合物经干燥后于保护性气氛中，在500-1300℃煅烧0.5-12h得到块状的硅/硅氧碳/石墨复合材料；

(3)造粒：上述的块状复合材料经破碎和筛分，得到所述的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，该制备方法还包含如下步骤：

(4)包覆处理：根据使用需要，可以对上述的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料进行高温热解碳包覆处理，但并非必需步骤，该包覆步骤为，将上述硅/硅氧碳/石墨复合负极材料以1∶0.1-1∶20的重量比例添加到无定型碳源前驱体分散液中，经超声或搅拌得到均匀分散液，加热或微波除去分散液中的溶剂的混合物，混合物在保护性气氛中，在300-900℃煅烧0.5-12h得到无定型碳包覆的硅/硅氧碳/石墨复合材料。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的有机硅氧烷单体化合物为含有氢键、烷基支链、烯基支链以及芳香基支链中一个或多个的有机硅氧烷单体化合物中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的固化剂为针对含有氢键的有机硅氧烷单体所使用的含有烯基支链的固化剂。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的石墨材料为天然石墨、中间相结构、人造石墨以及导电石墨中的一种或几种。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的乙醇-水的酸性溶液或酸性水中的酸为有机酸和无机酸中的一种或几种。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中保护性气氛为氩气、氮气和氩氢混合气中的一种或多种，其中，氩氢混合气为氩气和氢气的混合气体，混合比例为f+e＝100质量％；，质量％0＜f＜100质量％；质量％0＜e＜100质量％；氩气为f，氢气为e。

11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中所得的硅/硅氧碳/石墨复合负极材料的粒径分布为0.010μm-30μm。