[发明专利]复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池负极极片、锂离子电池

权利要求书

1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括基体，以及在所述基体的表面依次包裹的金属掺杂层和碳包覆层；其中，所述基体为硅锡合金，所述金属掺杂层的化学组成为MgSiO₃，所述碳包覆层由连续碳颗粒构成。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，基于所述复合材料的总重量，所述基体的含量为85-98wt％，优选为92-97wt％；所述金属掺杂层的含量为1-10wt％，优选为2-5wt％；所述碳包覆层的含量为1-5wt％，优选为1-3wt％。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述基体的平均粒径D50为1-10μm，优选为3-7μm；

优选地，所述金属掺杂层的厚度为1-50nm，优选为5-25nm；

优选地，所述碳包覆层的厚度为2-30nm，优选为5-15nm。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的复合材料，其中，所述硅锡合金中锡和硅的重量比为1：1-5，优选为1：2-4。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的复合材料，其中，所述复合材料的比容量≥2800mAh/g，优选为3000-3500mAh/g；

优选地，所述复合材料的厚度膨胀系数≤150％，优选为90-120％。

6.一种复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：将单质硅和单质锡进行真空烧结，得到硅锡合金；将所述硅锡合金作为基体依次进行表层氧化反应和浅层镁化反应，以在所述基体的表面形成化学组成为MgSiO₃的金属掺杂层，得到中间产物；将所述中间产物进行碳包覆，以在所述金属掺杂层的表面形成由连续碳颗粒构成的碳包覆层，得到复合材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，该方法包括以下步骤：

(1)将所述单质硅和单质锡进行所述真空烧结，至所述单质锡完全反应，冷却，得到所述硅锡合金；

(2)在含氧气体氛围中，将所述硅锡合金作为所述基体进行所述表层氧化反应，以在所述基体的表面生成SiO₂，得到表层氧化反应产物；

(3)在惰性气体气氛中，将所述表层氧化反应产物和镁化剂混合并进行所述浅层镁化反应，以在所述基体的表面形成所述金属掺杂层，得到所述中间产物；

(4)将所述中间产物和碳源进行所述碳包覆，以在所述金属掺杂层的表面形成所述碳包覆层，得到所述复合材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(1)中，所述单质锡和单质硅的重量比为1：1-5，优选为1：2-4；

优选地，所述单质硅的平均粒径D50为0.1-10μm，优选为0.5-7μm；最大粒径Dmax＜20μm，优选为12-15μm；

优选地，所述单质硅中硅含量≥98wt％，优选为99-99.5wt％；

优选地，所述单质锡中锡含量≥98wt％，优选为99-99.5wt％；

优选地，所述真空烧结的温度为800-2000℃，优选为1000-1700℃。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，步骤(2)中，所述表层氧化反应的条件包括：温度为500-1000℃，优选为600-800℃；时间为0.1-5h，优选为0.5-2h；

优选地，基于所述表层氧化反应产物的总重量，所述表层氧化反应产物中SiO₂含量为1-15wt％。