硅基复合材料及制备方法和电池与流程

本发明涉及二次电池，尤其是涉及一种硅基复合材料及制备方法和电池。

背景技术：

1、新能源汽车销量不断增长的同时，新能源汽车等大型器件对锂离子电池提出更高倍率的充放电等要求，而目前使用的正负极材料越来越不能满足上述需求。为了提升锂离子电池的性能，先提高负极的电化学性能无疑是最方便最有效率的。硅具有较大的理论比容量(4200ma h/g)，比石墨类负极材料的比容量(372mah/g)高一个数量级和较低的嵌锂电位。硅与电解液反应活性低，在地壳中储量丰富，价格低廉，是新一代锂离子电池负极材料的理想选择。

2、现有新型硅碳结构产品在高添加量条件下，存在高温循环、高温存储性能劣化问题，表现为高温存储电池产气、高温循环跳水等现象。

3、一般情况下，电池的高温性能为低温性能的加速展示(但不完全)，尤其针对高镍体系中，在高温高脱锂状态下正极也是极不稳定的，有金属离子溶出和游离氧溶出，活性很大；同时，负极长期处于低电位状态，电解液还原反应消耗活性锂离子，最终生成无机锂盐，造成大量的副反应和sei分解、再生等；并，高温增加了电解液还原反应速率，使活性锂离子大量损失。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种硅基复合材料，以解决现有技术中高硅基复合材料添加比情况下，电池加工性能差、高温循环性能不佳的问题。

2、本发明的目的之二在于提供一种硅基复合材料的制备方法。

3、本发明的目的之三在于提供一种电池。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明第一方面提供了一种硅基复合材料，包括多个硅基复合材料颗粒，所述硅基复合材料颗粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙内的硅纳米颗粒，所述硅基复合材料颗粒的球形度≥0.85，所述硅基复合材料的比表面积为0.1m2/g-1m2/g。

6、进一步地，所述硅基复合材料颗粒的粒径分布中，0＜(dv,90-dv,10)/dv,50≤1，优选为0.5～0.8。

7、进一步地，所述硅基复合材料的粒径分布满足：

8、(1)dv,10为4.5μm-6.0μm；

9、(2)dv,50为8.0μm-15.0μm；

10、(3)dv,99为20.0μm-30.0μm。

11、进一步地，所述硅基负极材料在1吨压力下的粉末压实密度为0.8g/cm3-2.0g/cm3。

12、进一步地，所述硅基负极材料的骨架密度为1.2g/cm3-2.1g/cm3，优选为1.4g/cm3-1.8g/cm3。

13、进一步地，所述硅纳米颗粒为非晶硅，所述硅纳米颗粒的粒径为0.4nm-10nm，优选为0.4nm-2nm。

14、优选地，所述硅基复合材料颗粒中硅含量为5wt.％-95wt.％。

15、优选地，所述球形多孔骨架材料包括球形多孔碳、球形多孔金属骨架和球形多孔金属氧化物骨架中的至少一种。

16、进一步地，所述硅基复合材料颗粒还具有包覆层，所述包覆层的材质包括固态电解质、导电聚合物、碳质材料、金属、合金和金属氧化物中的至少一种。

17、本发明的第二方面提供了所述的硅基负极材料的制备方法，包括：提供球形多孔骨架材料，以硅源为沉积气体，通过化学气相沉积方法在所述球形多孔骨架材料的孔隙内沉积硅纳米颗粒，得到所述硅基负极材料。

18、进一步地，所述硅源包括甲硅烷、乙硅烷、三氯氢硅和二氯氢硅中的至少一种。

19、优选地，在惰性气体保护下进行所述化学气相沉积。

20、优选地，所述化学气相沉积的温度为200℃-1000℃，时间为0.1h-100h。

21、本发明的第三方面提供一种电池，包括正极和负极，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为所述的硅基负极材料或根据所述的制备方法得到硅基负极材料。

22、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

23、本发明提供的硅基复合材料颗粒形状规整，具有较高的球形度、较小的比表面积，以及材料集中度提高，材料分散均匀，减少了副反应的产生。此外，高球形度有利于避免颗粒在辊压过程中破碎粉化，提升了抗压强度和压实密度，较小的比表面积进一步优化了复合材料颗粒本体的界面，改善了硅基负极材料的高温循环性能、高温存储性能。

24、本发明提供的制备方法，工艺连续，机械化程度高，可控性强，适合大规模工业化生产。

25、本发明提供的电池，使用性能更好的硅基复合材料，进而提高了二次电池的循环性能和稳定性。

技术特征：

1.一种硅基负极材料，其特征在于，包括多个硅基复合材料颗粒，所述硅基复合材料颗粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙内的硅纳米颗粒，所述硅基复合材料颗粒的球形度≥0.85，所述硅基复合材料的比表面积为0.1m2/g-1m2/g。

2.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基复合材料颗粒的粒径分布中，0＜(dv,90-dv,10)/dv,50≤1，优选为0.5～0.8。

3.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基复合材料的粒径分布满足：

4.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料在1吨压力下的粉末压实密度为0.8g/cm3-2.0g/cm3。

5.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料的骨架密度为1.2g/cm3-2.1g/cm3，优选为1.4g/cm3-1.8g/cm3。

6.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒为非晶硅，所述硅纳米颗粒的粒径为0.4nm-10nm，优选为0.4nm-2nm；

7.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基复合材料颗粒还具有包覆层，所述包覆层的材质包括固态电解质、导电聚合物、碳质材料、金属、合金和金属氧化物中的至少一种。

8.一种权利要求1-7任一项所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括：提供球形多孔骨架材料，以硅源为沉积气体，通过化学气相沉积方法在所述球形多孔骨架材料的孔隙内沉积硅纳米颗粒，得到所述硅基负极材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硅源包括甲硅烷、乙硅烷、三氯氢硅和二氯氢硅中的至少一种；

10.一种电池，其特征在于，包括正极和负极，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包括权利要求1-7任一项所述的硅基负极材料或根据权利要求8-9任一项所述的制备方法得到硅基负极材料。

技术总结
本发明提供了一种硅基复合材料及制备方法和电池，具体涉及二次电池技术领域。该硅基负极材料包括多个硅基复合材料颗粒，所述硅基复合材料颗粒包括球形多孔骨架材料和分布于所述球形多孔骨架材料孔隙内的硅纳米颗粒，所述硅基复合材料颗粒的球形度≥0.85，所述硅基复合材料的比表面积为0.1m<supgt;2</supgt;/g‑1m<supgt;2</supgt;/g。本发明提供的硅基复合材料颗粒形状规整，具有较高的球形度、较小的比表面积，以及材料集中度提高，材料分散均匀，减少了副反应的产生。此外，高球形度有利于避免颗粒在辊压过程中破碎粉化，提升了抗压强度和压实密度，较小的比表面积进一步优化了复合材料颗粒本体的界面，改善了硅基负极材料的高温循环性能、高温存储性能。

技术研发人员：房冰,姚林林,张玲玲,刘瑞芳,贺劲鑫
受保护的技术使用者：兰溪致德新能源材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15