[发明专利]硅碳复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了硅碳复合材料及其制备方法，制备方法包括：将微米级的硅粉与碳基材料混合球磨得到初次包覆物；将所述初次包覆物与二次碳包覆层溶液混合均匀后经冷冻干燥得到碳包覆前驱物，所述二次碳包覆层溶液包括导电性高分子聚合物溶液和糖类有机物溶液中至少一种；将所述碳包覆前驱物热解。该方法操作简单，两次包覆可避免纳米硅包覆不均。同时该材料表面具有稳定的交联结构的碳包覆层，为硅粒子提供了机械支撑，可有效地缓冲硅在充电时发生体积膨胀，且能避免中部的硅与电解液直接接触，使得硅碳复合材料具有优异的电化学性能。该硅碳复合材料应用于锂离子电池时，使得锂离子电池具有优异的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及硅碳复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着便携式电子设备和电动汽车对锂离子电池的高能量密度、长循环性能及安全性要求的不断提高，开发高能量和功率的新型负极材料来替代石墨是近年来锂离子电池发展迫切需要解决的问题。硅(Si)由于其丰富的自然储量、低锂离子插层/脱层电位(低于0.5V vs.Li/Li⁺)和高的理论容量(4200mAh·g^-1)而被认为是一种有前途的负极材料。但硅基负极材料在工业化应用中，存在三大技术难点：首先，纯Si在脱嵌锂的过程中体积膨胀/收缩较大(超过300％)，导致Si颗粒发生剧烈的裂纹，电流集电极发生粉化；此外，不稳定固体电解质界面膜在电化学过程中会不断形成和断裂，最终导致阻抗快速增加，容量快速下降；第三，Si的电导率较差，不能承受大电流密度下的充放电。目前，产业化技术方案主要采用纳米硅颗粒与碳基材料复合。专利CN102969509B采用硅基材料和石墨材料通过简单的物理粘附或者混合硅碳复合材料。CN103367727A通过硅基材料和石墨混合后，再次包覆获得碳复合材料。虽然这些硅碳复合材料具有较高的容量和在初期有较好的循环保持率，但均存在硅基材料分布均，包覆不均问题，在经过多次的循环过程后，材料的结构会破坏严重使得容量的衰减加速。因此开发一种简单、有效抑制颗粒粉化和体积效应的方法，是制备高容量硅基负极材料的难题之一。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供了一种硅碳复合材料及其制备方法，旨在解决背景技术中提到的至少一个问题。

本发明是这样实现的：

本发明实施例提供一种硅碳复合材料的制备方法，包括：

将微米级的硅粉与碳基材料混合球磨得到初次包覆物；将初次包覆物与二次碳包覆层溶液混合均匀后经冷冻干燥得到碳包覆前驱物，二次碳包覆层溶液包括导电性高分子聚合物溶液和糖类有机物溶液中至少一种；将碳包覆前驱物进行热解。

本发明实施例提供一种硅碳复合材料，采用本发明任意一种实施方式的制备方法制得。

本发明实施例提供如前述实施方式的硅碳复合材料在锂离子电池中的应用。

本发明具有以下有益效果：