[发明专利]一种具有核壳结构的纳米硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有核壳结构的纳米硅复合材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域，所述复合材料的核层为纳米硅、壳层为固态电解质；所述纳米硅为晶态纳米硅、非晶态纳米硅、晶态多孔纳米硅、非晶态多孔纳米硅、晶态碳包覆纳米硅、非晶态碳包覆纳米硅、晶态碳包覆多孔纳米硅、非晶态碳包覆多孔纳米硅中一种或多种；纳米硅D₅₀粒径为20‑150nm；所述固态电解质化学通式为Li₂O‑SiO₂‑P₂O₅、Li₂O‑SiO₂‑B₂O₃或Li₂O‑SiO₂‑P₂O₅‑B₂O₃体系。本发明示例的纳米硅复合材料，可以大大缓解目前其他材料中有的导电性差、库伦效率低、体积膨胀带来的循环稳定性差等难题，且工艺简单，制备的过程中对环境没有污染，制备过程能精确控制，无苛刻条件，粒径稳定均匀，适合批量化生产等特点。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体而言是一种具有核壳结构的纳米硅复合材料及其制备方法。

背景技术

众多电化学储能领域，锂离子电池作具有高能源效率、高能源密度、优秀的存储性能等众多优点而备受人们关注，目前已广泛应用在3C消费类电子产品。目前锂离子电池广泛采用石墨类负极材料的理论储锂容量较低(372mAh/g)，已不能满足新领域如电动汽车等对锂离子电池提出的高功率或大容量的要求，因此发展新型负极材料迫在眉睫。

硅材料具备高储锂比容量(理论容量4200mAh/g)和来源丰富被认为是下一代负极的理想候选材料之一，然而，采用硅做负极，在脱嵌锂过程中，体积膨胀达300％。研究表明，采用纳米硅，当硅粒径小于150纳米，将大大降低硅体积膨胀对循环的影响，但是纳米尺度的硅，容易和水等物质反应，在其表面生成惰性的二氧化硅，表面钝化的纳米硅和锂会生产部可逆的容量降低电池首周效率，降低电池的能量密度，其次表面钝化层也将增加电池阻抗，降低电池倍率性能。

目前，为了解决纳米硅表面的钝化，主要方法是操作过程中隔绝空气，然后直接和导电剂复合制造硅碳复合负极，然而实际生产过程中，不可能做到完全隔绝空气，其次空气不稳定性也将增加制造成本。

CN 109638265 A提供了一种介孔碳包覆硅负极材料的制备及产品和应用，其先制备介孔硅，再在介孔硅上包覆介孔碳，该方法需要长时间搅拌和高温煅烧，能耗较高，而且需要用到氢氟酸刻蚀，不够安全环保，且循环稳定性较差，容量衰减较快。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的纳米硅复合材料及其制备方法，可以大大缓解目前其他材料中有的导电性差、库伦效率低、体积膨胀带来的循环稳定性差等难题，且工艺简单，制备的过程中对环境没有污染，制备过程能精确控制，无苛刻条件，粒径稳定均匀，适合批量化生产等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种具有核壳结构的纳米硅复合材料，所述复合材料的核层为纳米硅、壳层为固态电解质，其中固态电解质的含量为0.1wt％～5wt％，所述纳米硅的含量为95wt％-99.9wt％。

进一步的，所述纳米硅为晶态纳米硅、非晶态纳米硅、晶态多孔纳米硅、非晶态多孔纳米硅、晶态碳包覆纳米硅、非晶态碳包覆纳米硅、晶态碳包覆多孔纳米硅、非晶态碳包覆多孔纳米硅中一种或多种；纳米硅D₅₀粒径为20-150nm。

进一步的，所述固态电解质层的厚度为1nm-50nm，优选为1nm-20nm。