【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，具体而言，涉及一种复合负极材料及其制备方法和电池。
技术介绍
1、近年来，随着化石能源消耗引发的能源危机和环境问题日益严重，大力发展稳定高效的能量转换与存储设备成为当前研究的重点，其中，锂电池因其具有环境友好、高能量密度等优势而受到广泛关注。负极材料作为电池的关键部件之一，对电池的性能起着至关重要的作用。硅作为最有前途的负极材料之一，由于具有极高的比容量(约3590mah·g-1)，研究人员将其拓展用于固态锂离子电池的负极材料。但是，硅负极材料在电池循环使用过程中容易发生的体积膨胀和收缩，导致材料结构以及与固态电解质的界面发生破坏，进而影响电池容量和安全性等性能。
2、相关技术中，为了解决硅负极材料在电池循环使用过程中存在的容易发生的体积膨胀和收缩的问题，通常从提高硅负极材料性能的角度出发，提出硅和其他材料组成的复合材料，如，在硅纳米粒子表面引入多孔材料作为体积缓冲层。然而，现有的硅负极复合材料仍然存在界面不稳定、结构不均匀等问题，同时，现有的硅负极复合材料原料成本高、制备工艺复杂等缺点也制约着其产业化发展。因此，亟需提供一种能够改善上述问题的硅负极复合材料及其生产技术。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种复合负极材料及其制备方法和电池，可以提高复合负极材料的结构稳定性，改善应用该复合负极材料的电池的循环稳定性，且制备方法简单，制备成本较低。
2、为了解决上述技
3、根据本申请的一个方面，本申请实施例提供了一种复合负极材料，所述复合负极材料包括碳基材料和负载于所述碳基材料中的硅复合体；
4、所述硅复合体具有核壳结构，所述核壳结构由内核和外壳组成，所述内核为硅纳米颗粒，所述外壳为二氧化硅气凝胶。
5、另外，根据本申请的复合负极材料，还可以具有如下附加的技术特征：
6、在其中的一些实施方式中，所述硅纳米颗粒的粒径范围为50nm～300nm。
7、在其中的一些实施方式中，所述硅纳米颗粒包括硅单质或硅氧化合物中的至少一种。
8、在其中的一些实施方式中，所述硅复合体中，所述二氧化硅气凝胶的厚度为30nm～40nm。
9、在其中的一些实施方式中，所述碳基材料在所述复合负极材料中的质量百分含量为60％～80％。
10、在其中的一些实施方式中，所述硅复合体在所述复合负极材料中的质量百分含量为20％～40％。
11、在其中的一些实施方式中，所述硅纳米颗粒在所述复合负极材料中的质量百分含量为10％～20％，所述二氧化硅气凝胶在所述复合负极材料中的质量百分含量为15％～20％，所述碳基材料在所述复合负极材料中的质量百分含量为60％～75％。
12、在其中的一些实施方式中，所述碳基材料包括具有三维多孔状的碳材料，至少部分所述硅复合体嵌入所述三维多孔状的碳材料的孔隙中。
13、根据本申请的另一个方面，本申请实施例提供了一种复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
14、将含纳米硅颗粒的混合液、硅源和溶剂混合，得到复合溶胶，所述复合溶胶包括硅纳米颗粒和包覆在所述硅纳米颗粒表面的二氧化硅溶胶；
15、将所述复合溶胶与碳源混合，凝胶处理后，形成凝胶复合体；
16、将所述凝胶复合体进行老化和溶剂置换，干燥后，形成硅碳复合气凝胶前驱体；
17、将所述硅碳复合气凝胶前驱体进行碳化处理，得到包括碳基材料和负载于碳基材料的硅复合体的复合负极材料，所述硅复合体具有核壳结构，所述核壳结构由内核和外壳组成，所述内核为硅纳米颗粒，所述外壳为二氧化硅气凝胶。
18、在其中的一些实施方式中，所述形成复合溶胶的步骤，满足如下特征(1)～(4)中的至少一者：(1)所述含纳米硅的混合液为纳米硅悬浊液，所述纳米硅悬浊液采用纳米硅材料分散在水和/或醇类溶剂中所形成；可选的，所述含纳米硅的混合液中，纳米硅的质量浓度为100～200g/l；可选的，所述水和/或醇类溶剂包括水和醇类溶剂组合的混合液，所述醇类溶剂在所述混合液中的体积百分含量为80％～90％；(2)所述硅源包括四氯化硅、水玻璃、白炭黑、二氯二氢硅或三氯氢硅中的至少一种；(3)所述硅源在所述含纳米硅的混合液中的体积百分含量为10％～15％；(4)所述溶剂包括酸性溶液和助溶剂；可选的，所述酸性溶液包括盐酸、硝酸、硫酸或乙酸中的至少一种，所述酸性溶液在所述含纳米硅的混合液中的体积百分含量为0.5％～1.5％；可选的，所述助溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n-甲基-2-吡咯烷酮或n-乙基吡咯烷酮中的至少一种，所述助溶剂在所述含纳米硅的混合液中的体积百分含量为1％～3％。
19、在其中的一些实施方式中，所述形成凝胶复合体的步骤，满足如下特征(1)～(4)中的至少一者：(1)所述碳源包括纤维毡；可选的，所述纤维毡包括植物纤维毡或人造纤维毡中的至少一种；(2)所述碳源与所述复合溶胶的质量比为1～2：10；(3)所述复合溶胶与碳源混合的时间为1h～2h；(4)所述凝胶处理的温度为40℃～60℃，凝胶处理时间为3h～6h。
20、在其中的一些实施方式中，所述形成硅碳复合气凝胶前驱体的步骤，满足如下特征(1)～(3)中的至少一者：(1)所述老化的温度为60℃～80℃，老化的时间为3h～6h；(2)所述溶剂置换时采用醇类溶剂进行置换，所述醇类溶剂的体积用量为凝胶复合体的体积的2～3倍；采用醇类溶剂进行溶剂置换的次数为3～5次，每次进行溶剂置换的时间为6h～8h；(3)所述干燥的温度为60～90℃，干燥时的空气流速为1～1.5m/s。
21、在其中的一些实施方式中，所述碳化处理的步骤，满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：(1)所述碳化在保护性气氛下进行，所述保护性气氛包括氩气、氦气或氮气中的至少一种；(2)所述碳化的升温速率为5～10℃/min，所述碳化的保温温度为800℃～1200℃，所述碳化的保温时间为1h～2h。
22、根据本申请的又一个方面，本申请实施例提供了一种电池，包括正极极片和负极极片，所述负极极片包括前述的复合负极材料或根据前述方法制得的复合负极材料。
23、在其中的一些实施方式中，所述复合负极材料在所述负极极片中的质量百分含量为10％～20％。
24、实施本专利技术的技术方案，至少具有以下有益效果：
25、在本申请实施例中，所提供的复合负极材料包括碳基材料和负载于碳基材料中的硅复合体，该硅复合体具有核壳结构，核壳结构包括内核硅纳米颗粒和外壳二氧化硅气凝胶。由此，通过在硅纳米颗粒外侧包覆二氧化硅气凝胶，可以利用气凝胶的多孔结构缓冲体积变化和增加锂嵌入空间，同时，二氧化硅气凝胶具有隔热效果，在热处理形成碳气凝胶时可以保护硅纳米颗粒的晶粒长大，进而保持硅负极的高容量性能；并且，相较于常规的硅凝胶，本专利技术的核本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括碳基材料和负载于所述碳基材料中的硅复合体；
2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒的粒径范围为50nm～300nm；
3.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述碳基材料在所述复合负极材料中的质量百分含量为60％～80％；
4.根据权利要求1至3任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述碳基材料包括具有三维多孔状的碳材料，至少部分所述硅复合体嵌入所述三维多孔状的碳材料的孔隙中。
5.一种复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述形成复合溶胶的步骤，满足如下特征(1)～(4)中的至少一者：
7.根据权利要求5所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述形成凝胶复合体的步骤，满足如下特征(1)～(4)中的至少一者：
8.根据权利要求5所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述形成硅碳复合气凝胶前驱体的步骤，满足如下特征(1)～(3)中
9.根据权利要求5至8任一项所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的步骤，满足如下特征(1)～(2)中的至少一者：
10.一种电池，包括正极极片和负极极片，其特征在于，所述负极极片包括权利要求1至3任一项所述的复合负极材料或根据权利要求4至9任一项所述方法制得的复合负极材料；
...【技术特征摘要】
1.一种复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括碳基材料和负载于所述碳基材料中的硅复合体；
2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述硅纳米颗粒的粒径范围为50nm～300nm；
3.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述碳基材料在所述复合负极材料中的质量百分含量为60％～80％；
4.根据权利要求1至3任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述碳基材料包括具有三维多孔状的碳材料，至少部分所述硅复合体嵌入所述三维多孔状的碳材料的孔隙中。
5.一种复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述形成复...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁美玉，于清江，江柯成，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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