[发明专利]一种高倍率硅基复合材料的制备方法、负极材料和锂电池

说明书

本发明公开了一种高倍率硅基复合材料的制备方法、负极材料和锂电池，所述制备方法包括：将碳原材料按照质量比与第一化合物混合，进行热处理；所述第一化合物为：能与碳反应的化合物；对所述热处理得到的材料进行除杂处理，得到多孔碳；按照质量比在所述多孔碳的内外表面均匀附着硅材料；对所述附着后的材料进行碳包覆处理，得到所述高倍率硅基复合材料；其中，在所述高倍率硅基复合材料中，所述多孔碳所占质量百分比为10％‑90％，比表面积为10m²/g‑500m²/g；所述硅材料所占质量百分比为1％‑60％；所述碳包覆层所占质量百分比为20％‑80％。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高倍率硅基复合材料的制备方法、负极材料和锂电池。

背景技术

当代社会能源危机与环境问题日益凸显，新型洁净能源以及能量的储存已成为人们研究的热点。在此背景下，锂离子电池因其高能量密度，高功率密度，长寿命以及环境友好等特点，已基本占领了便携式消费类电子产品的市场，并在电动汽车、大规模储能设备、分散式移动电源等领域具有广阔的应用前景。

然而，随着对高能电源需求的增长，对高能密度、快速大功率充放电的锂离子电池需求十分迫切。负极材料是锂离子电池中的重要组成部分，目前市场上石墨负极的占比例在98％以上，然而，石墨的理论比容量只有372mAh/g，且其层状结构导致其锂离子扩散为二维通道，且脱嵌锂速度不对称，嵌锂速度较慢，在全电池中反映为充电速度较慢。软碳，硬碳等无定形碳虽然倍率性能优异，但容量较低，且首周效率很低。

硅材料由其高容量，低嵌锂电位，低成本等优势被普遍认为是下一代锂离子电池负极材料。然而，其较大的体积膨胀严重影响其循环性能，为应对该问题，人们采取硅碳复合路线，用碳材料一方面缓解其应变，一方面包覆其表面抑制其与电解液的副反应。这其中多孔结构因其能够更好的缓和应变且缩短锂离子扩散路径长度而受到人们青睐,如CN102509781A,CN103840140A。然而上述专利中的制备方法较为繁琐，制得材料比表面积过大，容易导致负极材料首效过低。

发明内容

本发明实施例提供了一种高倍率硅基复合材料的制备方法、负极材料和锂电池。该制备方法简单易行，安全性高，易于大规模生产，该方法制备出来的复合材料与碳材料混合后作为锂离子电池负极，具有循环性能良好，倍率性能优异的优点。

第一方面，本发明实施例提供了一种高倍率硅基复合材料的制备方法，包括：

将碳原材料按照质量比与第一化合物混合，进行热处理；所述第一化合物为：能与碳反应的化合物；

对所述热处理得到的材料进行除杂处理，得到多孔碳；

按照质量比在所述多孔碳的内外表面均匀附着硅材料；

对所述附着后的材料进行碳包覆处理，得到所述高倍率硅基复合材料；

其中，在所述高倍率硅基复合材料中，所述多孔碳所占质量百分比为10％-90％，比表面积为10m²/g-500m²/g；所述硅材料所占质量百分比为1％-60％；所述碳包覆层所占质量百分比为20％-80％；所述高倍率硅基复合材料的比表面积为2m²/g-20m²/g，平均粒径为2μm-40μm，形状为球形、椭球形、鹅卵石形以及无规则的多边形中的一种或多种。

优选的，所述碳原材料的粒径为2μm-40μm，具体包括：石墨材料和/或非石墨材料；

所述非石墨材料包括：软碳、硬碳、多孔碳或中间相碳微球中的一种或几种的组合；

所述石墨材料包括：石墨化中间相微球、天然石墨、改性天然石墨或人造石墨中的一种或几种的组合；