【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池负极材料，尤其是涉及硅复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着低碳环保的认识逐渐增强，新能源产业成为能源领域的重要发展方向，新能源技术不断进步，产业规模进一步扩大。目前，无论是常规的消费类电池还是需求日渐高涨的动力电池，整个行业都对电池能量密度提出了更高的要求。负极材料直接关系到电池的能量密度，而常规石墨负极的实际容量已接近其理论极限，无法满足人们的需求。与石墨相比，硅的理论克容量可以达到3579mah/g，是石墨的十倍以上，因此成为了目前极具潜力的负极材料。然而，目前的硅负极材料的结构强度不高，在制浆时由于捏合的高剪切摩擦和辊压时引起材料破碎，导致硅负极在化成时消耗过多的锂，克容量降低，循环性能恶化。
技术实现思路
1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出硅复合材料及其制备方法和应用，该硅复合材料具有较高的克容量和循环性能。
2、本申请的第一方面，提供一种硅复合材料，该硅复合材料包括纳米硅和纳米硅表面的第一包覆层，第一包覆层包括硼锂氧化物和纳米金属的氧化物，纳米金属包括纳米铝粉、纳米钛粉中的至少一种，所述纳米金属的粒径dv50小于100nm。
3、在本申请的一些实施方式中，纳米金属的粒径dv50不小于1nm，例如不小于1nm、2nm、5nm、10nm。
4、在本申请的一些实施方式中，硼锂氧化物选自libo2、lib3o5、lib5o8、lib7o11、li2b4o7、li3bo3、li3b5o9
5、在本申请的一些实施方式中，纳米硅、硼锂氧化物、纳米铝粉、纳米钛粉的物质的量之比为m：n：x：y，满足0.02≤n/(m+x+y)≤0.12，0.01≤(x+y)/m≤0.08。例如n/(m+x+y)＝0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12，(x+y)/m＝0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08。
6、在本申请的一些实施方式中，纳米铝粉和/或纳米钛粉的粒径dv50为10～50nm。
7、其中，dv50是指累计粒度分布百分比为50％时所对应的粉体颗粒的粒径。因此，纳米铝粉的粒径dv50例如可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm，纳米钛粉的粒径dv50例如可以是10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm。
8、在本申请的一些实施方式中，纳米铝粉和/或所述纳米钛粉的粒径dv99<80nm。
9、其中，dv99是指累计粒度分布百分比为99％时所对应的粉体颗粒的粒径。因此，纳米铝粉的粒径dv50例如可以是1nm、2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、76nm、77nm、78nm、79nm，纳米钛粉的粒径dv50例如可以是1nm、2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、76nm、77nm、78nm、79nm。
10、在本申请的一些实施方式中，纳米硅的粒径dv50为30～100nm，例如可以是30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm。
11、在本申请的一些实施方式中，纳米硅的粒径dv99<150nm，例如可以是1nm、2nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、146nm、147nm、148nm、149nm。
12、本申请实施例所提供的硅复合材料的有益效果是：
13、(1)采用硼锂氧化物能防止硅晶粒尺寸的长大，同时提高纳米硅与氧化铝和/或氧化钛之间的网状键合交联程度；而且能起到一定的补锂作用，提高负极首效。
14、(2)纳米铝粉和纳米钛粉所形成的氧化物可以降低纳米硅的氧化程度，提高硅负极材料克容量。
15、(3)通过控制纳米金属的粒径来改善包覆程度和纳米硅的克容量，具体而言，纳米铝粉和/或纳米钛粉的粒径过大难以起到优先和氧结合形成氧化物，同时不能充分包覆在纳米硅表面；粒径过小则活性太强，可能会引发不必要的合金反应，降低克容量。
16、(4)通过三种成分的合理搭配能保证其均匀混熔，生成的包覆在纳米硅表面的氧化铝和氧化钛具有较高的强度，形成的高强度交联包覆结构使得包覆后的颗粒表面圆滑，具备更低的缺陷度和更好的加工性能，抗高剪切和辊压，不易破碎。
17、(5)通过硼锂氧化物降低烧结温度后，更低的硅晶粒尺寸将有利于降低硅负极在充放电循环后的厚度膨胀率。
18、本申请的第二方面，提供一种硅复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
19、将纳米硅、硼锂氧化物、纳米金属混匀，造粒，保护气氛下以低于950℃的温度烧结，粉碎，得到所述硅复合材料；
20、其中，所述纳米金属包括纳米铝粉、纳米钛粉中的至少一种，所述纳米金属的粒径dv50小于100nm。
21、在本申请的一些实施方式中，烧结的温度在500℃以上，例如500℃、550℃、600℃以上。
22、在本申请的一些实施方式中，纳米金属的粒径dv50不小于1nm，例如不小于1nm、2nm、5nm、10nm。
23、在本申请的一些实施方式中，硼锂氧化物选自libo2、lib3o5、lib5o8、lib7o11、li2b4o7、li3bo3、li3b5o9、li3b7o12、li4b2o5、li4b6o11中的至少一种。
24、在本申请的一些实施方式中，所述纳米硅、所述硼锂氧化物、所述纳米铝粉、所述纳米钛粉的物质的量之比为m：n：x：y，满足0.02≤n/(m+x+y)≤0.12，0.01≤(x+y)/m≤0.08。例如n/(m+x+y)＝0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12，(x+y)/m＝0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08。其中，n/(m+x+y)表征硅复合材料中硼锂氧化物的相对含量。如果其含量过高，则会影响克容；但如果过低，则起不到应有的助溶效果，烧结后造成包覆不均匀，首本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.硅复合材料，其特征在于，包括纳米硅和所述纳米硅表面的第一包覆层，所述第一包覆层包括硼锂氧化物和纳米金属的氧化物，所述纳米金属包括纳米铝粉、纳米钛粉中的至少一种，所述纳米金属的粒径Dv50小于100nm；
2.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述纳米铝粉和/或所述纳米钛粉的粒径Dv50为10～50nm；
3.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述纳米硅的粒径Dv50为30～100nm；
4.权利要求1至3任一项所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为600～900℃，和/或，所述烧结的时间为1～3h。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述纳米硅的制备方法包括以下步骤：
7.硅碳复合材料，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的硅复合材料，所述硅复合材料的表面具有碳包覆层。
8.权利要求7所述的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括按照权利要求4至6任一项所述的制备方法制得硅复合材
9.二次电池，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的硅复合材料，或包括权利要求7所述的硅碳复合材料。
10.用电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的二次电池。
...【技术特征摘要】
1.硅复合材料，其特征在于，包括纳米硅和所述纳米硅表面的第一包覆层，所述第一包覆层包括硼锂氧化物和纳米金属的氧化物，所述纳米金属包括纳米铝粉、纳米钛粉中的至少一种，所述纳米金属的粒径dv50小于100nm；
2.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述纳米铝粉和/或所述纳米钛粉的粒径dv50为10～50nm；
3.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述纳米硅的粒径dv50为30～100nm；
4.权利要求1至3任一项所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为600～900℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡玲，张凯，吴声本，
申请(专利权)人：浙江锂威能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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