[发明专利]复合材料、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料、其制备方法与应用，例如作为硅合金-硅氧化物负极活性材料的用途和/或其在电池，特别是锂离子电池中的应用，属于材料科学领域。

背景技术

环境污染和气候变化是21世纪一大难题，为了解决这个问题，各国政府都投入了很大的精力发展新能源产业，例如：太阳能，风能，潮汐能等等。锂离子电池作为一种可靠的储能手段，自问世以来就是研究的热点。目前，商品化的锂离子电池负极材料采用的是碳材料，这些碳负极材料的最大比容量只有372mAh/g，不能够满足人们日益增长的需要，且循环寿命很短。另外实际应用中也暴露出碳负极材料存在许多缺陷，安全性能较差，非石墨类碳材料存在明显的电压滞后现象，并且碳电极的性能容易受制备工艺的影响等，这些因素直接制约了锂离子电池的进一步发展。随着在新能源汽车、风能太阳能储能、智能电网能量储存与转换等领域巨大应用市场逐步明朗化，动力锂离子电池受到了空前的关注。

与其他负极材料相比，硅基负极材料的储锂容量高达3579mAh/g,具有较低的脱嵌锂电位(<0.5V vs.Li/Li+)等优点，因此一经提出就受到研究者的广泛关注并成为研究热点，有望成为下一代锂离子电池负极材料。然而，研究者发现硅基负极材料在脱嵌锂过程中会发生严重的体积变化(体积膨胀超过300％)，由于体积变化而造成电极粉化、剥落等问题导致性能急剧下降，循环性能差。同时，硅基负极材料的首次库伦效率也较低，硅本征导电率低，形成的SEM不稳定容易脱落。这些缺点限制了它在锂离子电池中的实际应用。另外，制备高性能硅基负极材料的制备工艺较复杂和制备成本也较高。

因此，本领域亟待开发出一种理论容量高，成本低，循环稳定性好的负极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料、其制备方法与应用，其具有理论比容量高、电池循环稳定性优异等特点，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例公开了一种复合材料，它具有能与锂反应的反应相，包括硅合金以及包覆于所述硅合金表面的硅氧化物SiO_x，0<x<2，

优选的，所述复合材料的尺寸为微米或亚微米级别，进一步优选的，所述复合材料的粒径为0.1μm～50μm，尤其优选为0.1μm～1μm

在所述的复合材料中，所述硅合金的质量百分比含量为1～99％；且所述硅氧化物的质量百分比含量为1～99％。

在所述的复合材料中，所述硅合金优选为金属硅、铁硅合金、铝硅合金、或镁硅合金，但不限于此。

相应的，本发明实施例公开了一种复合材料的制备方法，以硅合金为原材料依次经过机械球磨和高温煅烧制备而得。

进一步的，所述的高温煅烧温度为400℃～1200℃，进一步优选自下组：400℃，600℃，800℃，1000℃，1200℃；

进一步的，所述的高温煅烧时间为1h～6h，进一步优选自下组：1h，2h，3h，4h，5h，6h。

优选的，所述的机械球磨方法为湿法球磨，其中的溶剂包括去离子水、无水乙醇、乙二醇和丙酮中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

优选的，所述机械球磨的球磨气氛包括空气、氩气、氮气，氨气或氩氢混合气氛。

优选的，所述机械球磨的球磨转速为200r/min～500r/min，进一步优选自下组：200r/min，250r/min，300r/min，350r/min，400r/min，450r/min，500r/min。

优选的，所述机械球磨的球磨时间为1h～64h，进一步优选自下组：1h，2h，4h，8h，12h，24h，36h，48h，64h。

优选的，所述机械球磨中采用的球料比为1:1～20:1，进一步优选自下组：1:1，2:1，3:1，4:1，5:1，6:1，8:1，12:1，16:1，20:1。

优选的，所述机械球磨中采用的磨球包括钢球，玛瑙球，刚玉球，碳化钨球以及氧化锆球中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。

本发明的另一目的在于提供一种电池负极材料，它包含作为负极活性材料的、如上所述的复合材料。

优选的，所述负极材料包含60wt％～80wt％所述的复合材料。

优选的，所述负极材料还包含导电剂和/或黏结剂。

进一步优选的，所述负极材料包含10wt％～20wt％导电剂。

进一步优选的，所述负极材料包含10wt％～20wt％黏结剂。