(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111644490.5 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 宁波杉杉新材料科技有限公司 地址 315177 浙江省宁波市海曙区望 春工 业园区聚才路1号 (72)发明人 马坤　孙文婷　张鹏昌　吴志红　 (74)专利代理 机构 上海弼兴律师事务所 31283 代理人 刘奉丽　余化鹏 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/48(2010.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 4/62(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种硅基复合材料、 锂离子电池及其制备方 法和应用 (57)摘要 本发明提供了一种硅基复合材料、 锂离子电 池及其制备方法和应用。 该硅基复合材料的制备 方法包括如下步骤： 将硅源、 包覆剂和石墨的混 合物进行碳化处理， 即可； 硅源包括SiOx， 0≤x≤ 1； 石墨与硅源的D50 粒径的比为(2.5～20)： 1， 但 不包括2.5： 1； 硅源的D50粒径在3.5μm以下； 包 覆剂为碳源。 本发明有效地 缓解了硅基材料体积 膨胀问题； 并且以该硅基复合材料作为负极材料 来制备锂离子电池， 其具有高的储锂稳定性、 高 的能量密度的性能之外， 还具有快速反应动力学 的特性。 权利要求书3页 说明书10页 附图4页 CN 114361416 A 2022.04.15 CN 114361416 A 1.一种硅基复合材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 将硅源、 包覆剂和石墨的混合物进行碳 化处理， 即可； 其中， 所述硅源 包括SiOx， 0≤x≤1； 所述石墨与所述硅源的D5 0粒径比为(2.5～ 20)： 1， 但不包括2.5： 1； 所述硅源的D5 0粒径在3.5 μm以下； 所述包覆剂为 碳源。 2.如权利要求1所述的硅基复合材料的制备方法， 其特征在于， 所述硅基复合材料的 D50粒径为5～30μm， 较佳地为10～20μm， 更佳地12.8 μm、 14.1μm、 14.9 μm、 15.2 μm、 15.8 μm、 16.8 μm、 17.1 μm或18.4 μm； 和/或， 所述硅源的D50粒径为1.0～3.5 μm或者100～999nm， 例如700nm、 1.0 μm、 2.1μm、 2.3 μm或3.5 μm。 3.如权利要求1所述的硅基复合材料的制备方法， 其特征在于， 所述硅源的制备方法包 括： 将球磨助剂与块体SiOx混合后， 依次进行第一次球磨、 干燥， 即得。 4.如权利要 求3所述的硅基复合材料的制备方法， 其特征在于， 所述块体Si Ox的D50粒径 为40‑60 μm， 较佳地 为50 μm； 和/或， 所述球磨助剂为甲醇、 乙醇、 乙二醇、 异丙醇、 丁醇和N ‑甲基吡咯烷酮中的一种 或多种， 较佳地 为乙醇、 乙二醇和异丙醇中的一种或多种， 更 佳地为乙醇、 乙二醇或异丙醇； 和/或， 所述块状SiOx和所述球磨助剂的质量比为1:(0.1～1)， 较佳地为1:0.1、 1:0.2、 1:0.3、 1:0.5、 1:0.7或1:1， 例如1:0.1、 1:0.2或者1:0.3； 和/或， 所述第一次球磨的时间为30 ‑500min， 例如90min、 120min、 240min或者360min； 所述第一次球磨的转速为5 0‑400转/min， 例如300转/min； 和/或， 所述干燥的温度为10 0‑200℃， 较佳地 为100‑150℃， 例如120℃； 和/或， 所述干燥的时间较佳地 为2～10h， 较佳地 为3～5h， 例如4h 。 5.如权利要求1～4中任一项所述的硅基复合材料的制备方法， 其特征在于， 所述包覆 剂为无定形碳前驱体； 所述无定形碳前驱体例如为硬碳和/或软碳； 较佳地， 所述硬碳为树脂碳、 有机聚合物 热解碳和炭黑中的一种或多种； 较佳地， 所述软碳为石油沥青、 煤沥青、 聚乙二醇和葡萄糖 中的一种或多种， 例如石油沥青； 和/或， 所述石墨为人造石墨、 天然石墨和中间相炭微球中的一种或多种， 例如人造石 墨； 和/或， 所述石墨与所述硅源的D50粒径比为(4～16):1； 例如4.1:1、 4.7:1、 7.7:1或 15.6:1； 和/或， 所述石墨的D50粒径为10～20 μm， 较佳地为10～17 μm， 例如10.8 μm、 14.5 μm、 15.6 μm或16.2 μm； 和/或， 所述硅源、 包覆剂和石墨的混合物是经过第二次球磨之后的混合物， 或是经过 VC混料机处理的混合物； 所述第二次球磨的时间为5 ‑60min， 较佳地为5 ‑20min， 例如10min； 所述第二次球磨的转速为10 0‑200转/min， 例如20 0转/min； 和/或， 所述碳化处理在惰性气氛中进行， 较佳地所述惰性气氛为氮气、 氩气和氦气中 的一种或多种， 更 佳地为氮气；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114361416 A 2和/或， 所述 碳化处理的温度为70 0～1100℃， 较佳地 为800℃～950℃， 例如90 0℃； 和/或， 所述碳化处理依次包括升温热处理和恒温热处理； 较佳地， 所述升温热处理的 升温速率为1～10℃/min， 更佳地为3～5℃/min； 较佳地， 所述恒温热处理的时间为1～10h， 例如2h； 和/或， 所述 碳化处理在箱式炉中进行； 和/或， 所述硅源、 所述包覆剂与所述石墨的质量比为y:(0.2 ‑y):1， y为0.01～0.2； 较 佳地为y:(0.07 ‑y):1， y为0.01～0.05， 例如0.01:0.06:1、 0.02:0.05:1、 0.03:0.05:1或者 0.05:0.02:1； 和/或， 所述硅源的质量与所述硅基复合材料总质量的比值为0.5～10wt％， 例如 1wt％、 2wt％、 3wt％或5wt％。 6.一种如权利要求1 ‑5中任一项所述的硅基复合材料的制备方法制得的硅基复合材 料。 7.一种硅基复合材 料， 其特征在于， 包括硅基材 料和石墨； 所述硅基材料为核壳结构， 所述核壳结构包括内核和外 壳， 所述内核为硅源， 所述外 壳 为碳层； 所述内核含有SiOx， 0≤x≤1； 所述外壳的厚度与所述内核的D5 0粒径的比为(0.01～0.3)： 1； 所述硅基材 料位于两个以上 所述石墨之间； 所述硅基材 料和所述石墨之间通过 所述外壳 固定连接； 所述石墨与所述内核的D5 0粒径比为(2.5～ 20)： 1， 但不包括2.5： 1； 所述内核的D5 0粒径在3.5 μm以下。 8.如权利要求7所述的硅基复合材料， 其特征在于， 所述硅基复合材料的粒径D50为5～ 30 μm， 较佳地为10～20 μm， 例 如12.8 μm、 14.1μm、 14.9 μm、 15.2 μm、 15.8 μm、 16.8 μm、 17.1μm或 18.4 μm； 和/或， 所述SiOx的质量与所述内核的总质量的比值在 90％以上， 较佳地为95％以上， 例 如99％或100％； 和/或， 所述 碳层为无定形碳层； 和/或， 所述内核的D50粒径为1.0～3.5μm， 例如1.0μm、 2.1μm、 2.3μm、 3.5μm、 3.8μm或 6.3 μm； 和/或， 所述外壳的厚度与所述内核的D50粒径的比为(0.05～0.25):1， 较佳地(0.05～ 0.08):1、 (0.08～0.12):1、 (0.1～0.15):1、 (0.15～0.2):1、 (0.17～0.22):1、 (0.18～ 0.23):1或(0.20～0.25):1； 和/或， 所述石墨与所述内核的D50粒径比为(4～16):1； 例如4.1:1、 4.7:1、 7.7:1或 15.6:1； 和/或， 所述石墨的D50粒径为10～20 μm， 较佳地为10～17 μm， 例如10.8 μm、 14.5 μm、 15.6 μm或16.2 μm； 和/或， 所述石墨的表面包括 一碳层。 9.一种锂离子电池， 其特征在于， 其负极材料为如权利要求6～8中任一项所述的硅基 复合材料。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114361416 A 3