CN107848807A - 用于锂离子电池的具有三维键合网络的硅基复合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物，其包含硅基材料、处理材料、含羧基的粘合剂及导电碳，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺或具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂；本发明还涉及包含所述硅基复合物的电极材料及锂离子电池，以及制备所述硅基复合物的方法。

Description

用于锂离子电池的具有三维键合网络的硅基复合物
技术领域
本发明涉及用于锂离子电池的具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物；以及包含所述硅基复合物的电极材料及锂离子电池。
背景技术
随着便携电子设备和电动车的迅速发展和普及，对于具有增大的能量和功率密度的锂离子电池的需求变得越来越紧迫。硅由于其大的理论容量(Li15Si4，3579mAh g-1)及适中的运行电压(0.4V，相对于Li/Li+)，所以是一种有前景的用于锂离子电池的替代性电极材料。
然而，硅的实际应用仍然存在许多挑战，例如在嵌脱锂过程中，硅经历剧烈的膨胀和收缩，这会在Si基活性材料和电极中产生许多裂纹。这些裂纹导致损失电子导电性。此外，这些裂纹还导致固体电解质界面(SEI)持续生长，这导致损失离子导电性和消耗Li，因此导致容量迅速衰减。人们付出了巨大的努力设计具有纳米或多孔结构的Si基材料，以减轻负面的体积效应及改善电化学性能。
除了活性材料以外，最近有研究表明，粘合剂网络也在电极体积变化期间对于保持电极完整性发挥关键作用，并且与许多重要的电化学性能相关，尤其是循环性能。
在所有种类的粘合剂中，更多使用含羧基的粘合剂，例如聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠(SA)，这是因为粘合剂上的羧基可与硅形成氢键。然而，通过羧基形成的氢键仍然不够强壮以承受硅的巨大的体积变化，尤其是在高的质量加载量的情况下。此外，在长时间的循环过程中，通过上述线性粘合剂形成的键合网络也不够强壮以保持电极完整性。存在进一步改性以改善粘合剂的需求。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供对于在用于锂离子电池的硅基复合物中使用的粘合剂的进一步改性。根据本发明，通过进一步将处理材料引入复合物中，可以在所述硅基复合物中建立三维键合网络以及在粘合剂与硅基材料之间增强的相互作用，其中所述处理材料可以选自以下组中：聚多巴胺(下面简写为“PD”)和具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。
根据本发明，可以通过在PD中的儿茶酚基与Si-OH之间形成的更强壮的氢键，或者通过在所述硅烷偶联剂中的水解端与Si-OH之间形成的共价键，实现粘合剂与硅基材料之间增强的相互作用。此外，PD或具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂通过由PD或硅烷偶联剂中的胺基/亚胺基与在粘合剂中所含的羧基形成的共价键连接至粘合剂。
因此，本发明提供用于锂离子电池的具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物，所述复合物包含硅基材料、处理材料、含羧基的粘合剂及导电碳，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺(PD)及具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。
本发明进一步提供电极材料，其包含根据本发明的硅基复合物。
本发明进一步提供锂离子电池，其包含根据本发明的硅基复合物。
根据本发明提供制备上述硅基复合物的方法，其中所述处理材料是PD，所述方法包括以下步骤：使硅基材料在包含多巴胺的缓冲液中分散，通过空气氧化引发在所述硅基材料的表面上多巴胺的原位聚合，收集用聚多巴胺涂覆的硅基材料，并使聚多巴胺与含羧基的粘合剂交联。
替代性地，根据本发明提供制备上述硅基复合物的方法，其中所述处理材料是具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂，所述方法包括以下步骤：在搅拌期间将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入包含硅基材料、含羧基的粘合剂及导电碳的浆料中。
附图说明
图1所示为在将聚多巴胺加入所述硅基复合物时三维键合网络及相应的结构式的示意图；
图2为显示(a)质朴Si颗粒、在(b)实施例1及(c)对比例1b中制得的Si@PD颗粒的透射电子显微镜(TEM)照片；
图3所示为在将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入所述硅基复合物时三维键合网络及相应的结构式的示意图；
图4所示为在实施例6中获得的通过添加1重量％硅烷偶联剂KH550制得的(a)Si电极、(b)质朴Si及(c)PAA粘合剂的傅立叶变换红外(FT-IR)谱；
图5所示为在(a)实施例1、(b)对比例1a及(c)1b中制得的Si电极在活性材料的质量加载量低的情况下的循环性能；
图6所示为在(a)实施例2、(b)对比例2中制得的Si电极在活性材料的质量加载量高的情况下的循环性能；
图7所示为在对比例1a中制得的Si电极、在实施例3至6及对比例3中制得的经改性的Si电极在活性材料的质量加载量低的情况下的循环性能；
图8所示为在(a)实施例7及(b)对比例2中制得的经改性的Si电极在活性材料的质量加载量高的情况下的循环性能；
图9所示为在实施例4至6及对比例4中制得的Si电极的循环性能。
具体实施方式
若没有另外说明，将在此提及的所有的出版物、专利申请、专利及其他参考文献的全部内容出于所有目的明确地引入本申请作为参考，如同充分地阐述。
除非另有定义，在此使用的所有的技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常的理解相同的含义。若有冲突，则以本说明书为准，包括定义。
若数量、浓度或其他数值或参数作为范围、优选的范围或者一系列优选的上限和优选的下限给出，则应当理解为特别地公开了由任意一对的任意范围上限或优选的数值与任意范围下限或优选的数值形成的所有的范围，无论这些范围是否被分别地公开。在此提及数值的范围时，除非另有说明，意味着该范围包括其端点以及在该范围内的所有的整数和分数。
根据本发明，通过将处理材料引入复合物中，可以在用于锂离子电池的硅基复合物中建立三维键合网络，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺(PD)及具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。
在本发明的范畴内，所述硅基材料可以为任何合适的形式的硅基材料，条件是其表面可以带有羟基，其例子可以为硅颗粒、硅薄膜等。例如，在本发明的实施例中使用纳米硅颗粒。
在本发明的范畴内，所述含羧基的粘合剂可以为任何合适的粘合剂，条件是其带有羧基。优选的粘合剂选自以下组中：聚丙烯酸(下面简写为“PAA”)、羧甲基纤维素(下面简写为“CMC”)、海藻酸钠(下面简写为“SA”)、它们的共聚物及它们的组合。
在本发明的范畴内，所述具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂可以为任何合适的硅烷偶联剂，条件是其带有胺基或亚胺基或同时带有胺基和亚胺基。
在本发明的范畴内，缩写“Si@PD”用于表示用PD涂覆的Si基材料，这可由本领域技术人员清楚地加以理解。
图1所示为在将PD加入所述硅基复合物之后三维键合网络的示意图。由图1可以看出，所述硅基材料是覆盖有通过空气氧化产生的SiO2薄层的纳米硅颗粒。若不具有PD涂层，则硅与粘合剂(在此为PAA)之间是通过由粘合剂中的羧基与Si表面上的Si-OH形成的氢键相互作用。在具有PD涂层的情况下，则改变为通过由PD上的儿茶酚基与Si颗粒表面上的Si-OH形成的氢键相互作用。这些氢键比前述的在PAA中的羧基与Si-OH之间形成的氢键更强壮。然后，通过缩合反应，PD的亚胺基与诸如PAA的粘合剂的羧基反应，由此形成三维键合网络。
在本发明的一个实施方案中，具有三维键合网络的硅基复合物包含硅基材料、在所述硅基材料上的聚多巴胺涂层、含羧基的粘合剂及导电碳。在本发明的一个优选的实施方案中，在所述硅基材料上聚多巴胺涂层的平均厚度在0.5至2.5nm、优选1至2nm的范围内。在上述范围内，PD的含量对应于约5至8重量％，基于Si基材料的重量。
图2所示为质朴Si颗粒和Si@PD颗粒的透射电子显微镜(TEM)照片。在图2a中，在质朴纳米Si的表面上具有SiO2薄层(约3nm)。在涂覆PD之后，如图2b所示外层厚度增大至约5nm，这表明硅颗粒均匀地被厚度为约1至2nm的PD层涂覆。图2c对应于对比例1b，其中PD层的厚度为约3nm。
上述具有三维键合网络的硅基复合物的制备方法包括：(1)使硅基材料在包含多巴胺的缓冲液中分散，(2)通过空气氧化引发在所述硅基材料的表面上多巴胺的原位聚合，(3)收集用聚多巴胺涂覆的硅基材料，及(4)使聚多巴胺与含羧基的粘合剂交联。
替代性地，本发明提供具有三维键合网络的硅基复合物，所述复合物包含硅基材料、具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂、含羧基的粘合剂及导电碳。在本发明的一个优选的实施方案中，基于所述硅基材料的重量，所述硅烷偶联剂的量为由0.01至2.5重量％，优选为0.05至2.0重量％，更优选为0.1至2.0重量％，特别优选为0.1至1.0％。
在本发明的一个实施方案中，具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂的例子可以为合适的带有胺基或亚胺基或同时带有胺基和亚胺基的硅烷偶联剂，其优选的例子是选自以下组中的一种或多种：γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(NH2C3H6CH3Si(OC2H5)2)、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(NH2C3H6CH3Si(OCH3)2)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(NH2C3H6Si(OC2H5)3)、γ-氨丙基三甲氧基硅烷(NH2C3H6Si(OCH3)3)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(NH2C2H4NHC3H6Si(OCH3)3)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(NH2C2H4NHC3H6Si(OC2H5)3)、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(NH2C2H4NHC3H6SiCH3(OCH3)2)、N,N-(氨丙基三乙氧基)硅烷(HN[(CH2)3Si(OC2H5)3]2)、γ-三甲氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺(NH2C2H4NHC2H4NHC3H6Si(OCH3)3)、γ-二乙烯基三胺丙基甲基二甲氧基硅烷(NH2C2H4NHC2H4NHC3H6CH3Si(OCH3)2)、双-γ-三甲氧基甲硅烷基丙基胺、氨基新己基三甲氧基硅烷及氨基新己基甲基二甲氧基硅烷。
图3所示为在将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入所述硅基复合物之后三维键合网络的示意图。所例举的硅烷偶联剂KH550包含三个水解端(-OC2H5)及一个非水解端(-C3H6-NH2)。在制备浆料及进一步真空干燥期间，硅烷偶联剂的水解端发生水解，与硅表面上的Si-OH或其他硅烷偶联剂的水解端形成共价键；另一方面，硅烷偶联剂中的-NH2基与所述含羧基的粘合剂中的-COOH基反应；由此形成强壮的三维键合网络。
图4中的FT-IR谱显示出形成了通过共价键连接的三维网络的证据。在纳米Si颗粒中于940cm-1处的峰归因于在纳米Si的表面上的硅烷醇O-H基的振动。该峰在Si电极上几乎消失。这是因为Si表面上的硅烷醇基与KH550的水解端的缩合作用。在PAA中于1713cm-1处的峰对应于羧基中的C＝O的伸缩振动，因为形成了酰胺，其在Si电极中蓝移至1700cm-1。这一结果证明了在PAA粘合剂中的-COOH与KH550中的-NH2基之间发生了交联反应。
上述具有三维键合网络的硅基复合物的制备方法包括：在搅拌期间将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入包含硅基材料、含羧基的粘合剂及导电碳的浆料中。
因此，本发明提供用于锂离子电池的具有三维键合网络的硅基复合物。
本发明进一步涉及电极材料，其包含根据本发明的硅基复合物。
本发明进一步涉及锂离子电池，其包含根据本发明的硅基复合物。
实施例
以下非限制性实施例用于描述包含根据本发明的Si基复合物的电极的制备过程，并且比较具有并非根据本发明制得的复合物的电极的性能。以下实施例用于举例说明本发明的不同特征和特性，然而其范围不应被解释为限制于此：
实施例1–制备包含根据本发明的Si基复合物的电极
制备Si基复合物及电极
首先，使0.08克纳米硅颗粒(50至200nm)(Alfa-Aesar)在80ml Tris-HCl(10mM，pH＝8.5)缓冲液中分散，其包含0.08克盐酸多巴胺(Alfa-Aesar)，然后搅拌2小时，在此期间通过空气氧化使多巴胺在所述硅基材料的表面上原位聚合。然后通过离心分离收集用聚多巴胺涂覆的硅颗粒，并用水洗涤及真空干燥用于将来用途。根据TEM照片，PD涂层的厚度为1至2nm。然后将如上制得的颗粒与Super P(40nm，Timical)及PAA(Mv～450 000，Aldrich)以8:1:1的重量比在水中混合。在搅拌5小时之后，在此期间，聚多巴胺与PAA交联，将浆料涂覆在Cu箔集电器上，然后进一步在70℃下在真空中干燥8小时。活性材料的加载量为约0.5mg/cm2。将该箔材切割成Φ12mm薄片以组装电池。
对比例1a
对比例1a与实施例1相似地进行制备，区别在于：将质朴纳米Si颗粒用于制备电极。
对比例1b
对比例1b与实施例1相似地进行制备，区别在于：纳米硅颗粒改变为0.4克，盐酸多巴胺改变为0.2克，Tris-HCl缓冲液改变为100ml。搅拌持续6小时。根据TEM照片，PD涂层的厚度为约3nm。然后将如上制得的颗粒用于与实施例1相似地制备电极。
实施例2–制备包含根据本发明的Si基复合物的电极
实施例2与实施例1相似地进行制备，区别在于：电极中活性材料的加载量由0.5mg/cm2改变为约2.0mg/cm2。
对比例2
对比例2与对比例1a相似地进行制备，区别在于：电极中活性材料的加载量由0.5mg/cm2改变为约2.0mg/cm2。
电池组装及电化学测试
分别使用双电极钮扣型电池测试以上制得的电极的电化学性能。在充氩气的手套箱(MB-10compact，MBraun)中，使用1M LiPF6/EC+DMC(1:1体积比，碳酸乙二酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC))作为电解液，其包含10％氟代碳酸乙二酯(FEC)，使用ENTEK ET20-26作为隔膜，及使用纯锂箔作为对电极，从而组装CR2016钮扣电池。在LAND电池测试系统(武汉金诺电子有限公司，中国)上在25℃下以恒定的电流密度评估循环性能。放电截止电压相对于Li/Li+为0.01V(嵌Li)，充电截止电压相对于Li/Li+为1.2V(脱Li)。基于活性材料的重量计算比容量。
图5所示为实施例1及对比例1b中的交联的电极(Si@PD+PAA)及对比例1a中的传统电极(Si+PAA)在质量加载量低的情况下的循环性能。钮扣电池在首次循环中以0.1A g-1及在紧接着的两次循环中以0.3Ag-1及在后续循环中以1.5A g-1在相对于Li/Li+0.01与1.2V之间进行放电。在每种电极中活性材料(Si和Si@PD)的质量加载量为约0.5mg/cm2。
由图5可以看出，与仅使用PAA粘合剂的传统电极(曲线(b))相比，实施例1中的交联的电极(曲线(a))显示出明显更优的循环性能。在1.5A g-1的高电流密度下，使用PAA粘合剂的传统电极在50次循环之后显示出容量迅速衰减，在150次循环之后仅剩余549mAh/g的容量。在100次和150次循环之后，交联的电极分别实现2128和1715mAh g-1的比容量。这一改善可归因于三维键合网络及通过更强壮的氢键增强的相互作用。然而，由于PD的电子导电性低，若PD涂层过厚，例如在对比例1b中为3nm，则PD层会抑制电子传输。因此，对比例1b显示出相当低的容量(曲线(c))。
图6进一步显示了实施例2中的交联的电极(Si@PD+PAA)及对比例2中的传统电极(Si+PAA)在质量加载量高的情况下的循环性能。钮扣电池在首次循环中以0.1A g-1及在紧接着的两次循环中以0.3A g-1及在后续循环中以0.5A g-1在相对于Li/Li+0.01与1.2V之间进行放电。在每种电极中活性材料(Si和Si@PD)的质量加载量为约2.0mg/cm2。
由图6可以看出，与使用PAA作为粘合剂的传统电极相比，交联的电极在如此高的活性材料加载量(2.0mg/cm2)的情况下仍然取得显著的优势。在50次循环之后，交联的电极的比容量为1254mAh g-1，这对应于2.4mAh/cm2，而传统电极仅剩余1.1mAh/cm2。
本发明通过在制备电极之前用PD包裹硅颗粒从而大幅改善了电化学性能，尤其是循环性能。
实施例3至7–制备包含根据本发明的Si基复合物的电极
实施例3
首先，将0.24克纳米硅颗粒(Alfa Aesar，50至200nm)与0.03克Super P(40nm，Timical)及0.03克PAA(Mv～450 000，Aldrich)以8:1:1的重量比在水中混合。在搅拌1小时之后，将0.024mg(0.01％，基于纳米硅颗粒的重量)硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)加入浆料中。在继续搅拌4小时之后，将浆料涂覆在Cu箔集电器上，然后进一步在70℃下在真空中干燥8小时。活性材料的加载量为约0.5mg/cm2。将该箔材切割成Φ12mm薄片以组装电池。
实施例4与实施例3相似地进行制备，区别在于：将0.24mg KH550加入浆料中，对应于KH550与Si的比例为0.1重量％。
实施例5与实施例3相似地进行制备，区别在于：将1.2mg KH550加入浆料中，对应于KH550与Si的比例为0.5重量％。
实施例6与实施例3相似地进行制备，区别在于：将2.4mg KH550加入浆料中，对应于KH550与Si的比例为1重量％。
实施例7与实施例4相似地进行制备，区别在于：电极中活性材料的加载量为约2.0mg/cm2。
对比例3和4–制备包含非本发明的Si基复合物的电极
对比例3与实施例3相似地进行制备，区别在于：将7.2mg KH550加入浆料中，对应于KH550与Si的比例为3重量％。过多量的KH550会损害电子导电性及损害电池性能。
对比例4
在对比例4中使用的方法不同于本发明方法。在对比例4中，该方法包括首先用硅烷偶联剂涂覆Si，然后制备浆料。与此不同，本发明方法包括在制备浆料期间直接添加硅烷偶联剂。
具体而言，在对比例4中，首先使0.5克纳米硅颗粒(50至200nm)(Alfa-Aesar)及0.005克(对应于1重量％)硅烷偶联剂KH550在25ml水中分散，然后搅拌6小时。然后通过离心分离收集用硅烷偶联剂涂覆的硅颗粒，并用水洗涤用于将来用途。然后将KH550改性的纳米Si颗粒用于与实施例3相似地制备电极。
电池组装及电化学测试
使用双电极钮扣型电池测试所制得的负极的电化学性能。在充氩气的手套箱(MB-10compact，MBraun)中，使用1M LiPF6/EC+DMC(1:1体积比，碳酸乙二酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC))作为电解液，其包含10％氟代碳酸乙二酯(FEC)，使用ENTEK ET20-26作为隔膜，及使用纯锂箔作为对电极，从而组装CR2016钮扣电池。在LAND电池测试系统(武汉金诺电子有限公司，中国)上在25℃下以恒定的电流密度评估循环性能。放电截止电压相对于Li/Li+为0.01V(嵌Li)，充电截止电压相对于Li/Li+为1.2V(脱Li)。基于活性材料的重量计算比容量。
图7所示为在对比例1a中制得的不含KH550的Si电极(Si-PAA)及在实施例3至6及对比例3中制得的经改性的Si电极(Si-KH550-PAA)在质量加载量低的情况下的循环性能。钮扣电池在首次循环中以0.1A g-1及在紧接着的两次循环中以0.3A g-1及在后续循环中以1.5Ag-1在相对于Li/Li+0.01与1.2V之间进行充电/放电。在每种电极中活性材料(Si)的质量加载量为约0.5mg/cm2。
如图7所示，与对比例1a中的不含KH550的Si电极和对比例3中的具有高含量的KH550的经改性的电极Si-KH550-PAA(包含3.0重量％KH550)相比，经改性的电极Si-KH550-PAA(包含0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％及1重量％的KH550)显示出明显更优的循环性能。即使在如此高的电流密度(1.5A g-1)下，在180次循环之后，经改性的电极Si-KH550-PAA(包含0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％及1重量％的KH550)实现了大于1690mAh g-1的比容量，而在相同条件下Si-PAA的容量减少至小于900mAh g-1，Si-KH550-PAA(包含3.0重量％KH550)的容量减少至小于750mAh g-1。这一改善可以归因于所形成的强壮的三维键合网络。
图8所示为实施例7中的经改性的Si电极(Si-KH550-PAA)及对比例1a中的不含KH550的Si电极(Si-PAA)在加载量高的情况下的循环性能。钮扣电池在首次循环中以0.1Ag-1及在紧接着的两次循环中以0.3Ag-1及在后续循环中以0.5Ag-1在相对于Li/Li+0.01与1.2V之间进行充电/放电。在每种电极中活性材料(Si)的质量加载量为约2.0mg/cm2。
因为高的加载量对于高能量密度的商业需求是有意义的，所以研究了本发明在高加载量的电极中的效果。如图8所示，与Si-PAA相比，经改性的电极Si-KH550-PAA在如此高的活性材料加载量(2.0mg/cm2)的情况下仍然取得显著的优势。与Si-PAA(2886mAh/g，对应于5.7mAh/cm2)相比，Si-KH550-PAA显示出更大的容量(3276mAh/g，对应于6.6mAh/cm2)。在50次循环之后，Si-KH550-PAA剩余61％的容量，而Si-PAA的容量则减少至29％。
图9所示为在实施例4至6和对比例4中制得的Si电极的循环性能。换而言之，图9比较了由两种方法制得的电极的电化学性能：1)本发明方法，即在制备浆料期间直接添加KH550；2)对比例4中的方法，即用KH550预处理Si，然后使用KH550改性的Si以制备浆料。结果表明，直接添加KH550的电极具有更优的循环性能，尤其是在40次循环之后。在100次循环之后，由本发明方法1)获得的电极的容量剩余约2000mAh/g，而由方法2)获得的电极的容量则减少至1576mAh/g。
在不受理论约束的情况下，本发明的发明人相信，在制备浆料期间直接添加KH550，一个KH550分子的水解端，除了连接至Si表面以外，还连接至其他KH550分子的水解端(KH550-KH550)，在非水解端连接至PAA之后，形成高度交联的3D键合网络(PAA-KH550-KH550-PAA)。因此，键合网络更加稳定。然而通过用KH550预处理Si，在洗涤期间去除该KH550-KH550小分子，然后由此产生较少交联的点。因此，循环性能变得更差。
因此，本发明通过在搅拌期间将硅烷偶联剂加入浆料中形成连接三维键合网络的共价键，从而大幅改善了电化学性能，尤其是循环性能。

Claims (9)

1.具有三维键合网络并且在粘合剂与硅基材料之间具有增强的相互作用的硅基复合物，其包含硅基材料、处理材料、含羧基的粘合剂及导电碳，其中所述处理材料选自以下组中：聚多巴胺及具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂。
2.根据权利要求1的硅基复合物，其中所述处理材料是聚多巴胺，所述硅基材料上的聚多巴胺涂层的平均厚度在由0.5至2.5nm、优选由1至2nm的范围内。
3.根据权利要求1的硅基复合物，其中所述处理材料是具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂，并且基于所述硅基材料的重量，所述硅烷偶联剂的量为由0.01至2.5重量％，优选为0.05至2.0重量％，更优选为0.1至2.0重量％，特别优选为0.1至1.0％。
4.根据权利要求1至3之一的硅基复合物，其中所述含羧基的粘合剂选自以下组中：聚丙烯酸、羧甲基纤维素、海藻酸钠、它们的共聚物及它们的组合。
5.根据权利要求1、3及4之一的硅基复合物，其中所述具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂是选自以下组中的一种或多种：γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N,N-(氨丙基三乙氧基)硅烷、γ-三甲氧基甲硅烷基丙基二亚乙基三胺、γ-二乙烯基三胺丙基甲基二甲氧基硅烷、双-γ-三甲氧基甲硅烷基丙基胺、氨基新己基三甲氧基硅烷及氨基新己基甲基二甲氧基硅烷。
6.电极材料，其包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物。
7.锂离子电池，其包含根据权利要求1至5之一的硅基复合物。
8.制备根据权利要求1、2及4之一的硅基复合物的方法，其包括以下步骤：
(1)使硅基材料在包含多巴胺的缓冲液中分散，
(2)通过空气氧化引发在所述硅基材料的表面上多巴胺的原位聚合，及
(3)收集用聚多巴胺涂覆的硅基材料，及
(4)使聚多巴胺与含羧基的粘合剂交联。
9.制备根据权利要求1及3至5之一的硅基复合物的方法，其包括在搅拌期间将具有胺基和/或亚胺基的硅烷偶联剂加入包含硅基材料、含羧基的粘合剂及导电碳的浆料中。
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