本發(fā)明涉及電池，特別涉及一種用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池是應(yīng)用最廣泛的二次電池系統(tǒng)之一。與鎳鎘電池、鎳氫電池等其他可充電電池相比，鋰離子電池具有能量密度高、工作電壓高、自放電有限、維護(hù)要求低等特點(diǎn)。然而，商用石墨負(fù)極僅具有372mahg-1的理論比容量，無法滿足便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能應(yīng)用對能量密度、運(yùn)行可靠性和系統(tǒng)集成度不斷提高的需求。

2、在所有潛在的鋰離子電池負(fù)極材料中，硅是最有希望取代石墨的候選材料之一，原因如下：(1)硅具有最高的重量比容量(4200mahg-1)和體積比容量(9786mahcm-3)；(2)si的放電電壓平均約為0.4v，在保持合理的開路電壓和避免不利的鍍鋰過程之間取得了很好的平衡；(3)硅儲(chǔ)量豐富(在地殼中含量第二高)，具有潛在的低成本、環(huán)保性和無毒性。

3、然而，伴隨著硅的嵌鋰和脫鋰過程，體積發(fā)生急劇膨脹和收縮(體積變化約為360％)并產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一系列嚴(yán)重影響：(1)反復(fù)充放電過程中，電極結(jié)構(gòu)完整性被破壞；(2)界面應(yīng)力誘發(fā)電極與集流器斷開；(3)固體電解質(zhì)界面(sei)層在連續(xù)形成-破裂-重整過程中使得鋰離子被連續(xù)消耗。這些過程都將以協(xié)同的方式加速電極坍塌和容量衰退。此外，硅的本征電子導(dǎo)電性差也是導(dǎo)致電化學(xué)動(dòng)力學(xué)緩慢的原因。

4、硅的納米化技術(shù)可以有效緩解上述問題帶來的影響。cn?116454256a公開了一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其中直接使用納米硅和納米碳原位復(fù)合，再包覆一層碳材料；并且通過制成漿料噴霧造粒得到微米級別的硅碳復(fù)合材料；高溫處理將漿料中的粘結(jié)劑或其他雜質(zhì)熱解，形成孔洞，為硅提供了膨脹空間，導(dǎo)電炭提升了材料本身的導(dǎo)電性，有利于電化學(xué)性能的發(fā)揮。

5、硅的納米化可以有效緩解體積膨脹對電極的影響，但納米硅顆粒與碳材料的分散仍面臨較大的困難。納米硅的團(tuán)聚仍會(huì)導(dǎo)致體積膨脹效應(yīng)，無法充分發(fā)揮納米硅的優(yōu)勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決納米硅在二次鋰離子電池中所面臨的問題。

2、在一方面，本發(fā)明涉及一種用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括：多孔基體、分散在所述多孔基體中的含氫硅以及包覆在所述多孔基體外表面的殼層。

3、在一個(gè)實(shí)施方案中，在復(fù)合材料中，基于復(fù)合材料的總重量，含氫硅中的氫含量為0.01-10wt％，優(yōu)選0.03-5wt％，更優(yōu)選0.09-3wt％。

4、在另一方面，本發(fā)明涉及一種制備本發(fā)明的復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟：提供多孔基體；通過cvd沉積法和/或液體浸漬法形成分散于多孔基體中的含氫硅；對其中分散有含氫硅的多孔基體的外表面進(jìn)行包覆，以形成殼層。

5、在又一方面，本發(fā)明涉及一種負(fù)極極片，其包括本發(fā)明的復(fù)合材料。

6、在又一方面，本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池，其包括本發(fā)明的負(fù)極極片。

技術(shù)特征：

1.一種用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料具有以下一個(gè)或多個(gè)特征：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述多孔基體具有以下一個(gè)或多個(gè)特征：

8.一種制備權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料的方法，其包括以下步驟：提供多孔基體；

9.一種負(fù)極極片，其特征在于，

10.一種鋰離子二次電池，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料包括：多孔基體、分散在所述多孔基體中的含氫硅以及包覆在所述多孔基體外表面的殼層。本發(fā)明還涉及包含該復(fù)合材料的負(fù)極極片和鋰離子二次電池。本發(fā)明的含氫硅均勻分散在復(fù)合材料中，解決了硅的分散問題，緩解了硅在充放電過程中的體積效應(yīng)。含氫硅中含有的Si?H鍵可以有效改善材料結(jié)構(gòu)在充放電過程中的穩(wěn)定性，延長電池循環(huán)壽命。本發(fā)明的用于二次鋰離子電池的復(fù)合材料的制備方法，簡單易操作，可應(yīng)用于批量化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：吳鑫娣,傅強(qiáng),任春雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州硅源新能材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9