[发明专利]一种复合物、其制备方法及在锂离子二次电池中的用途

说明书

本发明公开了一种复合物，包括纳米硅、含锂化合物和碳涂层，或者包括纳米硅、硅氧化物、含锂化合物和碳涂层。本发明的方法包括：(1)将碳包覆硅氧化物与锂源固相混合；(2)将步骤(1)得到的预锂前驱体在真空或非氧化性气氛下热处理，得到复合物。本发明的方法简单、对设备要求低，成本低廉，得到的复合物结构稳定，长期存放结构和性质不会劣化，包含该复合物的负极材料制成电池，表现出高脱锂容量、高首次库伦效率和良好的循环性能，充电容量在1920mAh/g以上，放电容量在1768mAh/g以上，首效在90.2％以上。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，涉及一种复合物、其制备方法及用途，尤其涉及一种Si-O-C-Li复合物、其制备方法及在锂离子二次电池中的用途。

背景技术

锂离子二次电池广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具及能源储存方面。然而，在首次充电时，电解液不稳定在电极表面形成SEI膜，消耗大量锂，导致首次库伦效率低下。石墨在首次循环中5～20％的锂用于形成SEI膜，而Si、Sn、SiOx则需要消耗20～50％的锂。对此，科研工作者做出了一系列的优化设计，如制备纳米线、多孔纳米结构及碳包覆等。虽然改善了循环性能，但增大了与电解液接触面积，降低首效，大量消耗正极材料，降低能量密度。显而易见，提前对负极材料实施补锂势在必行。

目前，SiOx掺杂锂的方法主要有三种：直接在极片表面涂覆锂层、在极片表面采用电化学方式镀锂、或者混合锂化合物后煅烧。所选用的锂源主要集中在金属锂单质，也有一部分尝试LiOH和LiH。

CN 1246917C公开了含锂氧化硅粉末及其制造方法，将能够生成SiO气体的原料粉末和金属锂或锂化合物粉末的混合物进行800-1300℃焙烧，得到含锂氧化硅粉末可提高材料的容量和首效。但是，在原料合成阶段引入锂源，大大促进Si晶粒生长，降低循环。

CN 100434362C公开了一种高能球磨制备锂二次电池硅/富锂相复合负极材料的方法，将一氧化硅与金属锂进行高能球磨，然后真空热处理，获得硅/富锂相复合负极材料，改善其比容量和循环。然而，将裸露的一氧化硅直接与金属锂反应，生成的Li₂O易吸潮、反应，影响材料的后期稳定性，难以实现量产。

CN103840136A公开了一种蓄电器件用负极材料及其制备方法，存在溶剂的情况下，将可吸藏、放出锂离子的Si系材料和锂金属进行混炼混合，再实施热处理形成硅酸锂，制造预掺杂有锂的负极材料。但是，生成的硅酸锂相未进行二次处理，显示强碱性，后期难加工，不能批量使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合物、其制备方法、包含该复合物的负极材料及锂离子二次电池，本发明的制备方法简单、对设备要求低，成本低廉，得到的复合物结构稳定，可有效避免空气等成分渗入到颗粒内部而导致活性成分失效，长期存放结构和性质不会劣化，包含该复合物的负极材料制成电池，表现出高脱锂容量、高首次库伦效率和良好的循环性能，充电容量在1920mAh/g以上，放电容量在1768mAh/g以上，首效在90.2％以上。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种复合物，尤其涉及一种Si-O-C-Li复合物，所述复合物包括纳米硅、含锂化合物和碳涂层。

作为本发明所述复合物的优选技术方案，所述复合物中还包括硅氧化物，也即所述复合物包括纳米硅、硅氧化物、含锂化合物和碳涂层。

此优选技术方案中，所述硅氧化物的化学组成为SiO_x，0x2，其中，x可以取0.1、0.2、0.5、0.6、0.8、1、1.2、1.5、1.75或1.8等。

本发明中，纳米硅是从碳包覆硅氧化物中原位还原生长得到的，所述碳包覆硅氧化物包括硅氧化物以及包覆在硅氧化物表面的碳涂层。