[发明专利]一种碳硅复合材料及其制备方法

说明书

本申请实施例提供一种碳硅复合材料及其制备方法，属于锂电池技术领域。碳硅复合材料包括膨胀石墨基体、硅酸锂颗粒以及碳包覆层。硅酸锂颗粒位于所述膨胀石墨基体的表面介孔内；碳包覆层包覆于所述膨胀石墨基体表面，该碳硅复合材料能够有效避免电池失效以及材料的容量损失，同时还能改善离子传输困难以及材料电化学性能欠佳等问题。此外，本申请还涉及一种碳硅复合材料的制备方法。

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种碳硅复合材料及其制备方法。

背景技术

现有技术中，硅基材料因其具备较高的理论比容量、较低的脱锂电位、储量丰富以及使用成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

但是，硅基材料在使用过程中仍然存在一些问题，比如：容易造成电池失效以及材料的容量损失，同时还存在离子传输困难、材料电化学性能欠佳等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种碳硅复合材料及其制备方法，能够有效避免电池失效以及材料容量损失，同时还能改善离子传输困难以及材料电化学性能欠佳等问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种碳硅复合材料，包括膨胀石墨基体、硅酸锂颗粒以及碳包覆层。硅酸锂颗粒位于所述膨胀石墨基体的表面介孔内；碳包覆层包覆于所述膨胀石墨基体表面。

上述技术方案中，膨胀石墨基体由于表面存在众多具有一定尺寸的介孔，能够将硅酸锂颗粒牢牢地束缚在介孔内，防止硅在脱嵌锂过程中反复膨胀收缩造成材料粉化、脱落；同时，膨胀石墨基体表面的碳包覆层具有一定的强度，也能够在一定程度上抑制硅的膨胀粉化。通过膨胀石墨基体以及碳包覆层的配合，能够有效避免电池失效以及材料容量损失。此外，由于碳包覆层直接与膨胀石墨基体表面接触，还能够提高材料的离子传输速率。并且，由于碳硅复合材料中同时存在硅、锂，使得碳硅复合材料同时具备硅的高能量密度以及锂的高容量和较高的首次效率等优异性能。

在一些可选的实施方案中，膨胀石墨基体的电导率为5×10⁴S/m～7.5×10⁴S/m。

上述技术方案中，将膨胀石墨基体的电导率限定在5×10⁴S/m～7.5×10⁴S/m的范围内，能够保证碳硅复合材料具有较高的电子传输速率。

在一些可选的实施方案中，碳硅复合材料的首次效率大于85％，碳硅复合材料循环100次后的放电容量大于720mAh/g。

上述技术方案中，碳硅复合材料由于结合了膨胀石墨基体以及碳包覆层巧妙的结构特点，同时，还由于具有性能优异的硅、锂等元素，使得碳硅复合材料的首次效率大于85％、循环100次后的放电容量大于720mAh/g，具有优异的电化学性能。

第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面实施例提供的碳硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将膨胀石墨基体、硅粉、溶剂和分散剂混合，得到第一混合液；

将第一混合液、软碳和预锂化试剂混合，得到第二混合液；对第二混合液进行加热以使硅粉和预锂化试剂在膨胀石墨基体的表面介孔内反应生成硅酸锂颗粒，然后将反应物烘干，得到碳硅复合材料前驱体；

将碳硅复合材料前驱体加热碳化，以使软碳碳化形成碳包覆层。

上述技术方案中，按照上述工艺进行制备，能够制备得到一种具备高能量密度、高容量、较高的首次效率以及较高的离子传输速率的碳硅复合材料。