CN113782740A - 硅/硅酸锂复合材料及其制备方法、动力电池 - Google Patents

硅/硅酸锂复合材料及其制备方法、动力电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于新能源技术领域，尤其涉及一种硅/硅酸锂复合材料的制备方法，包括步骤：在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。本发明硅/硅酸锂复合材料的制备方法，各原料组分在气相状态下反应，反应更充分均匀，使产物中相态分布更均匀，减少了复合材料的内部缺陷材料，避免了复合材料中不同相之间应力引起的材料体积膨胀，提高了材料的稳定性以及首次充放电效率。

Description

硅/硅酸锂复合材料及其制备方法、动力电池
技术领域
本发明属于新能源技术领域，尤其涉及一种碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，一种硅/硅酸锂复合材料的制备方法，以及一种动力电池。
背景技术
动力电池在储能、移动通信、新能源、航空航天等领域有着重大的应用前景，吸引了国内外科研工作者及企业单位的密切关注。高能量密度、长续航能力、高安全性能是当下动力电池发展的主要方向，而电池材料容量的提高是电池材料研究的重点之一。目前，商业化的锂离子电池负极材料多为石墨类，传统石墨类负极材料克容量理论值为372mAh/g，其相对较低的理论克容量以及压实密度，限制了石墨类负极电池能量密度的提高。硅，因具有很高的理论克容量(约3579mAh/g)而备受关注，加上极低的嵌入电势，使其成为最有可能替代石墨负极的材料之一。然而，正是因为硅嵌入的锂离子量过大，在嵌锂脱锂过程中导致超过300％的体积变化，造成硅电极的粉化，以及跟导电剂及集流体的剥离。
硅的衍生物氧化亚硅(SiOx)中，氧原子容易在第一次循环过程中与锂发生不可逆反应，形成硅酸锂。虽然硅酸锂对硅的膨胀起到了缓冲的作用，然而，不可逆硅酸锂的形成降低了材料的首次循环效率；并且氧化亚硅的导电性也较差。因而，不但降低了材料的首次循环效率，而且材料的容量也显著降低。
目前，针对抑制硅电极材料在充放电过程中的体积膨胀，同时确保其首次循环效率以及电导率仍缺乏有效的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅/硅酸锂复合材料及其制备方法，旨在一定程度上解决现有技术中的针对抑制硅电极材料在充放电过程中的体积膨胀仍缺乏有效的方法的问题，同时还需确保硅电极材料的首次循环效率以及电导率。进一步地，还提供了一种利用上述硅电极材料所制备得到的动力电池。
为实现上述发明技术目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种硅/硅酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。
进一步地，制备方法具体为：
在反应容器中，所述气态Si、所述气态SiO2和气态Li2O中，Si、SiO2和Li2O的质量比为(1～3)：1：(1～2)；和/或，
在气相状态下反应时间为1～3小时；和/或，
在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物的步骤包括：将气相状态下的反应产物以10℃/min～20℃/min的降温速率降温至500℃～700℃，沉积反应产物后，以5℃/min～50℃/min的降温速率降至室温，得到硅/硅酸锂复合材料。
进一步地，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O的步骤包括：
将Si、SiO2和Li2O分别置于反应容器的不同蒸发单元中；
在真空度为-0.11MPa～-0.09MPa的条件下，将含有SiO2的蒸发单元加热至1200℃～1600℃，将含有Si的蒸发单元加热至1200℃～1600℃，将含有Li2O的蒸发单元加热至1600℃～2000℃，在反应体系中同时形成气态Si、气态SiO2和气态Li2O。
进一步地，得到所述硅/硅酸锂复合材料后，还包括步骤：对所述硅/硅酸锂复合材料进行粉碎处理，得到粉碎后的复合材料。
进一步地，得到所述粉碎后的复合材料后，还包括步骤：
对所述粉碎后的复合材料进行碳包覆，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。
进一步地，对所述复合材料进行碳包覆的步骤包括：在压力为9Pa～11Pa，温度为700℃～1000℃的条件下，通过含碳源的工作气体对所述粉碎后的复合材料进行6～8小时碳包覆；和/或，
所述粉碎后的复合材料的粒径为5μm～7μm。
进一步地，所述含碳源的工作气体包括体积比为1：(4～6)的碳源气体和保护气体；和/或，
所述含碳源的工作气体的体积与所述粉碎后的复合材料的质量之比为1L：(1～10)g；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，碳包覆层的厚度为1～100nm；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅的粒径为5～50nm，硅酸锂的粒径为5～50nm；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅酸锂包括LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳源气体选自：乙炔气体、甲烷气体、乙烷气体和丙烷气体中的至少一种；和/或，
所述保护气体选自：氮气、氩气、氦气中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，包括：硅酸锂和硅的复合颗粒，以及包覆在所述复合颗粒外表面的碳包覆层。
进一步地，所述硅酸锂包括LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，所述硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳包覆层的厚度为1nm～100nm；和/或，
所述硅的粒径为5nm～50nm，所述硅酸锂的粒径为5nm～50nm。
第三方面，本发明提供一种动力电池，所述动力电池包含有上述方法制备的硅/硅酸锂复合材料，或者包含有上述具有碳包覆层的硅/硅酸锂复合材料。
本发明第一方面提供的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；然后，在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。本发明硅/硅酸锂复合材料的制备方法，以气态的Si、SiO2和Li2O为反应原料，将气态Si、气态SiO2和气态Li2O混合后，各原料组分在气相状态下反应，气相状态使各原料组分能够更均匀的分布混合，使原料之间接触反应更充分均匀，从而使产物中相态分布更均匀。相态分布更均匀的硅/硅酸锂复合材料，能够有效减少材料内部的应力，避免材料在充放电过程中产生破裂和错位，减少膨胀，提高产物的循环稳定性能，提高复合材料的首次充放电效率。反应完后的产物在温度为500℃～700℃的条件下沉积收集，该沉积收集温度有效控制了硅/硅酸锂复合材料的粒径大小。若温度过高，则会导致形成的硅/硅酸锂复合材料粒径过大，增大了材料在充放电过程中的体积膨胀风险，从而降低了材料的循环稳定性；若温度过低，不但影响产物中各相的沉积均一性，而且将导致产物粒径过小，导致产物粘度大易团聚，同样影响材料的循环性能。本发明硅/硅酸锂复合材料的制备方法制得的硅/硅酸锂复合材料，粒径大小适中，均一性好，材料内部硅相和硅酸锂相分布均匀，减少了复合材料的内部缺陷材料，避免了复合材料中不同相之间应力引起的材料体积膨胀，提高了材料的稳定性以及首次充放电效率。另外，复合材料中硅酸锂可有效抑制硅在脱锂和嵌锂的过程中的体积膨胀，提高了材料的循环稳定性；同时，硅酸锂是很好的离子导体，在硅相之间具有很好的离子导通作用，提高了复合材料的离子电导率，进一步提高了复合材料的首次充放电效率。
本发明第二方面提供的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，一方面，硅酸锂可有效抑制硅在脱锂和嵌锂的过程中的体积膨胀，提高了材料的循环稳定性。另一方面，硅酸锂是很好的离子导体，在硅相之间具有很好的离子导通作用，提高了复合材料的离子电导率，提高了复合材料的首次充放电效率。再一方面，碳包覆层可以进一步控制复合材料的体积膨胀，同时有效提高复合材料的导电率。
本发明第三方面提供的动力电池，由于包含有上述循环稳定性好，比容量高，首次充放电效率高的硅/硅酸锂复合材料或者碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，因而，有效提高了动力电池的循环稳定性和电池容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料的结构示意图；
图2是本发明实施例11硅/硅酸锂复合材料制成扣式电池后的充放电曲线图；
其中，图中各附图标记：
1、碳包覆层 2、硅 3、硅酸锂。
具体实施方式
为了使本发明发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本发明实施例第一方面提供一种硅/硅酸锂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S10.在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；
S20.在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。
本发明实施例第一方面提供的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；然后，在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。本发明实施例硅/硅酸锂复合材料的制备方法，以气态的Si、SiO2和Li2O为反应原料，将气态Si、气态SiO2和气态Li2O混合后，各原料组分在气相状态下反应，气相状态使各原料组分能够更均匀的分布混合，使原料之间接触反应更充分均匀，从而使产物中相态分布更均匀。相态分布更均匀的硅/硅酸锂复合材料，能够有效减少材料内部的应力，避免材料在充放电过程中产生破裂和错位，减少膨胀，提高产物的循环稳定性能，提高复合材料的首次充放电效率。反应完后的产物在温度为500℃～700℃的条件下沉积收集，该沉积收集温度有效控制了硅/硅酸锂复合材料的粒径大小。若温度过高，则会导致形成的硅/硅酸锂复合材料粒径过大，增大了材料在充放电过程中的体积膨胀风险，从而降低了材料的循环稳定性；若温度过低，不但影响产物中各相的沉积均一性，而且将导致产物粒径过小，导致产物粘度大易团聚，同样影响材料的循环性能。本发明实施例硅/硅酸锂复合材料的制备方法制得的硅/硅酸锂复合材料，粒径大小适中，均一性好，材料内部硅相和硅酸锂相分布均匀，减少了复合材料的内部缺陷材料，避免了复合材料中不同相之间应力引起的材料体积膨胀，提高了材料的稳定性以及首次充放电效率。另外，复合材料中硅酸锂可有效抑制硅在脱锂和嵌锂的过程中的体积膨胀，提高了材料的循环稳定性；同时，硅酸锂是很好的离子导体，在硅相之间具有很好的离子导通作用，提高了复合材料的离子电导率，进一步提高了复合材料的首次充放电效率。
具体地，上述步骤S10中，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应。本发明实施例硅/硅酸锂复合材料的制备方法，以气态的Si、SiO2和Li2O为反应原料，将气态Si、气态SiO2和气态Li2O混合后，各原料组分在气相状态下反应，气相状态使各原料组分能够更均匀的分布混合，使原料之间接触反应更充分均匀，从而使产物中相态分布更均匀。原料在气相状态下反应生成硅酸锂，在后续的收集沉积过程中析出硅酸锂，同时多余的硅元素析出形成硅颗粒被包覆在硅酸锂材料中，形成硅/硅酸锂复合材料。
在一些实施例中，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O的步骤包括：
S11.将Si、SiO2和Li2O分别置于反应器的不同蒸发单元中；
S12.在真空度为-0.11MPa～-0.09MPa的条件下，将含有SiO2的蒸发单元加热至1200～1600℃，将含有Si的蒸发单元加热至1200～1600℃，将含有Li2O的蒸发单元加热至1600～2000℃，在反应体系中同时形成气态Si、气态SiO2和气态Li2O。
本发明实施例制备方法中，分别获取气态Si、气态SiO2和气态Li2O的步骤，在一些具体实施例中，可将Si、SiO2和Li2O分别置于反应体系的不同蒸发单元中，通过不同蒸发单元对不同原料分别加热蒸发，在反应系统中同时得到气态Si、气态SiO2和气态Li2O，通过这种三源共蒸的形式，不但能够确保反应体系中气态的原料组分的活性，有利于各气态原料之间的反应，而且简化了反应设备，操作简单，提高了反应效率。若先将Si、SiO2和Li2O原料混合后再蒸发，则Si、SiO2和Li2O在固态条件下就会相互接触反应，但各原料之间接触的概率不同，严重降低产物中各相分布的均匀性，以及复合材料粒径的均一性。
另外，在步骤S12中，在真空度为-0.11MPa～-0.09MPa的条件下，将含有SiO2的蒸发单元加热至1200℃～1600℃，将含有Si的蒸发单元加热至1200℃～1600℃，将含有Li2O的蒸发单元加热至1600℃～2000℃。通过低真空度的环境，不但能有效减低原料组分的蒸发温度，使SiO2在1200℃～1600℃温度下即可蒸发，Si在1200℃～1600℃温度下即可蒸发，Li2O在1600℃～2000℃温度下即可蒸发；而且真空环境能够提高反应体系中气态原料的纯度，从而提高产物纯度。在另一些具体实施例中，也可以分别直接将气态Si、气态SiO2和气态Li2O通入到反应器中，让气态原料在反应器中反应生成硅酸锂和硅的复合产物。
在一些实施例中，在反应容器中，气态Si、气态SiO2和气态Li2O中，Si、SiO2和Li2O的质量比为(1～3)：1：(1～2)。本发明实施例硅/硅酸锂复合材料的制备方法，可通过控制Si、SiO2和Li2O原料的比例灵活调控复合材料的比容量，增加原料中硅的含量时，可相应提高复合材料的比容量，但是若硅添加过多，也将增加复合材料体积膨胀的风险。因此，本发明实施例以质量比为(1～3)：1：(1～2)的气态Si、气态SiO2和气态Li2O作为反应原料，通过Si、SiO2和Li2O之间反应生成硅酸锂和硅的复合材料，该原料配比，即确保了复合材料中硅的含量，从而确保了复合材料的容量，又确保了复合材料的循环稳定性，避免了硅含量过多导致的体积膨胀。
在一些实施例中，在反应容器中通入体积比为(0.5～2)：1：(1～2)的气态Si、气态SiO2和气态Li2O，其中，气态Si的密度2.33g/cm3，气态SiO2的密度2.5～2.8g/cm3，气态Li2O的密度2.013g/cm3。
在一些实施例中，硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30～60％。本发明实施例通过对Si、SiO2和Li2O原料配比的调节，硅的质量百分含量为30～60％的，硅/硅酸锂复合材料的可逆容量可达到360mAh/g～1800mAh/g的硅酸锂和硅的复合材料，复合材料容量高且可调范围宽，可满足不同应用领域的需求。
在一些实施例中，在气相状态下反应的步骤包括：在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，各原料组分分子在气相状态下运动，能够迅速混合均匀，在气相状态下反应1～3小时，该反应时间充分确保了Si、SiO2和Li2O之间的相互接触反应生成硅酸锂，若反应时间太短，可能导致反应不充分。
具体地，上述步骤S20中，在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。本发明实施例气态Si、气态SiO2和气态Li2O在气相状态下反应完后，在温度为500℃～700℃的条件下沉积收集反应产物，通过降低温度使反应体系中生成的气相硅酸锂以及气相硅，沉积形成硅酸锂颗粒和硅颗粒的复合材料。500℃～700℃沉积收集温度，不但能够有效控制析出的硅酸锂颗粒和硅颗粒的大小，而且能有效控制了硅/硅酸锂复合材料的粒径大小。若温度过高，则硅和硅酸锂沉积速率过慢，会导致形成的硅酸锂和硅颗粒粒径较大，同时导致硅/硅酸锂复合材料粒径过大，不但增大了材料在充放电过程中的体积膨胀风险，降低了材料的循环稳定性，而且复合材料粒径过大不利于充放电过程中锂离子在材料中的嵌入和脱出；若温度过低，不但影响产物中各相的沉积均一性，而且将导致产物粒径过小，导致产物粘度大易团聚，同样影响材料的循环性能。
在一些实施例中，得到硅/硅酸锂复合材料的步骤包括：将气相状态下的反应产物以10℃/min～20℃/min的降温速率降温至500℃～700℃，沉积反应产物后，以5℃/min～50℃/min的降温速率降至室温，得到硅/硅酸锂复合材料。本发明实施例将气相状态下的反应产物以10℃/min～20℃/min的降温速率降温至500℃～700℃，该降温速率有利于进一步调控沉积产物的粒径大小，避免降温时间过长增大产物粒径。沉积完反应产物后，以5℃/min～50℃/min降至室温即可收集得到硅/硅酸锂复合材料。在一些具体实施例中，得到硅/硅酸锂复合材料的步骤包括：将气相状态下的反应产物以10℃/min～20℃/min的降温速率降温至500℃～600℃，沉积反应产物后，以5℃/min～50℃/min的降温速率降至室温，得到硅/硅酸锂复合材料。
本发明实施例对反应产物的具体沉积收集方式不做具体限定，可通过多种方式实现，实际应用中可根据具体情况采取对应的方式，应用灵活方便。在一些具体实施例中，可以待反应完全后通过直接降低反应体系的温度进行沉积收集。在另一些具体实施例中，可以设置收集装置，通过反应装置与收集装置之间的压差或载气导送等方式，将反应完后的产物输送到温度为500℃～700℃的收集装置中进行冷却沉积收集。
在一些具体实施例中，由于Si、SiO2和Li2O之间的反应为可逆反应，沉积收集的硅/硅酸锂复合材料中含有少量为SiO2和Li2O。在一些具体实施例中，碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，硅酸锂包括：LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4，如：Li4SiO4，Li2SiO3等。
本发明实施例，硅/硅酸锂复合材料中，硅的粒径为5nm～50nm，硅酸锂的粒径为5nm～50nm，小粒径的硅和硅酸锂，能形成更均匀的硅和硅酸锂复合材料，使复合材料中相态分布更均匀，能够减小复合材料内部的应力，避免材料在充放电过程中产生破裂和错位，减少膨胀，提高产物的循环稳定性能。在一些具体实施例中，硅/硅酸锂复合材料中，硅的粒径为5nm～20nm，硅酸锂的粒径为5nm～20nm。
在一些实施例中，得到硅/硅酸锂复合材料后，还包括步骤：
S30.对硅/硅酸锂复合材料进行粉碎处理，得到粉碎后的复合材料。本发明实施例通过对硅/硅酸锂复合材料进一步粉碎处理，减小复合材料粒径，更有利于充放电过程中锂离子在材料中的嵌入和脱出。
在一些实施例中，将硅/硅酸锂复合材料粉碎成粒径为5μm～7μm的复合材料，该粒径大小的复合材料更有利于充放电过程中锂离子在材料中的嵌入和脱出，若粒径过大，则锂离子的在材料内部的嵌入脱出路径过长，降低了材料的循环性能。
在一些实施例中，得到粉碎后的复合材料后，还包括步骤：
S40.对粉碎后的复合材料进行碳包覆，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。本发明实施例对粉碎后的复合材料进行碳包覆处理，在复合材料表面沉积形成碳包覆层，该碳包覆层不但可以进一步抑制复合材料在充放电过程中的体积膨胀，而且具有优异导电性的碳材料可以有效提高复合材料的导电率，从而有效提高复合材料的电化学性能。
在一些实施例中，通过化学气相沉积法对复合材料进行碳包覆。
在一些实施例中，通过化学气相沉积法对复合材料进行碳包覆的步骤包括：在压力为9Pa～11Pa，温度为700℃～1000℃的条件下，通过含碳源的工作气体对粉碎后的复合材料进行6～8小时碳包覆。本发明实施例将粉碎后的复合材料，在压力为9Pa～11Pa，温度为700℃～1000℃的条件下，通过含碳源的工作气体对粉碎后的复合材料进行6～8小时碳包覆，碳源气体在复合材料表面沉积形成碳包覆层，9Pa～11Pa的低压环境，避免空气进入反应体系中在高温下与复合材料反应，破坏复合材料组分和性能；700℃～1000℃的反应温度有利于碳源气体在复合材料表面形成碳包覆层，形成碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。进行6～8小时的碳包覆处理，该条件充分确保了碳源气体在复合材料表面形成碳包覆层。
在一些实施例中，含碳源的工作气体包括体积比为1：(4～6)的碳源气体和保护气体，其中保护气体不但为碳源气体的输送提供载体，而且有利于碳源气体更均匀的分布在反应体系中，与复合材料更充分全面的接触反应，形成碳包覆层。若碳源气体含量过高，则会导致碳包覆层过厚，不利于锂离子的脱嵌，从而降低材料容量。
在一些实施例中，将粉碎后的复合材料置于含碳源的工作气体中进行碳包覆的步骤包括：含碳源的工作气体的体积与粉碎后的复合材料的质量之比为1L：(1～10)g，将粉碎后的复合材料置于含碳源的工作气体中，进行碳包覆处理，该条件充分确保了碳源气体在复合材料表面形成碳包覆层。
在一些实施例中，碳源气体选自：乙炔气体、甲烷气体、乙烷气体和丙烷气体中的至少一种。在一些实施例中，保护气体选自：氮气、氩气、氦气中的至少一种。本发明实施例采用的这些碳源气体，均具有较好的活性，有利于形成碳包覆层。采用的这些保护气体能作为载气，排除反应气体中杂质气体，有利于碳源气体更全面充分的与复合材料接触反应，形成碳包覆层。
在一些实施例中，碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，碳包覆层的厚度为1～100纳米，该厚度的碳包覆层即可以有效抑制复合材料在充放电过程中的体积膨胀，而且可以有效提高复合材料的导电率，从而有效提高复合材料的电化学性能。
在一些实施例中，碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30％～60％。本发明实施例制备方法，通过对原料组分配比、反应条件的调节，可得到硅的质量百分含量为30％～60％的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，使复合材料同时具有较好的循环稳定性和较高的容量。
如附图1所示，本发明实施例第二方面提供一种碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，碳包覆的硅/硅酸锂复合材料包括：硅酸锂3和硅2的复合颗粒，以及包覆在复合颗粒外表面的碳包覆层1。
本发明实施例第二方面提供的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，一方面，硅酸锂3可有效抑制硅2在脱锂和嵌锂的过程中的体积膨胀，提高了材料的循环稳定性。另一方面，硅酸锂3是很好的离子导体，在硅相之间具有很好的离子导通作用，提高了复合材料的离子电导率，提高了复合材料的首次充放电效率。再一方面，碳包覆层1可以进一步控制复合材料的体积膨胀，同时有效提高复合材料的导电率。
本发明实施例提供的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料可通过上述方法制备得到。
在一些实施例中，硅酸锂3包括：LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4。
在一些实施例中，碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，硅2的质量百分含量为30～60％。
在一些实施例中，碳包覆层1的厚度为1～100nm。
在一些实施例中，硅2的粒径为5nm～50nm，硅酸锂3的粒径为5nm～50nm。
本发明上述各实施例的有益效果在前文均有论述，在此不再赘述。
本发明实施例第三方面提供一种动力电池，动力电池包含有上述方法制备的硅/硅酸锂复合材料，或者包含有上述的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。
本发明实施例第三方面提供的动力电池，由于包含有上述循环稳定性好，比容量高，首次充放电效率高的硅/硅酸锂复合材料或者碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，因而，有效提高了动力电池的循环稳定性和电池容量。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例2
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:3:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃和1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为6小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为60％，硅和硅酸锂的质量比例为6:4。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±2nm，12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例3
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1600℃、1600℃和2000℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为6小时，反应过程中设备内部压力为微正压，该微正压为10Pa，得到碳包覆层的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为14nm±1nm、20nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例4
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃和1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为6小时，反应过程中设备内部压力为微正压，该微正压为10Pa，得到碳包覆层的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为12nm±1nm、18nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例5
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃和1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：10L/g，沉积时间为6小时，反应过程中设备内部压力为微正压，该微正压为10Pa，得到碳包覆层的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为100nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例6
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃和1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，复合物中Si的质量百分比为30wt％；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为8小时，反应过程中设备内部压力为微正压，该微正压为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为10nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例7
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度约为1000℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为30％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为15nm±1nm、18nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例8
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:2:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃和1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径约为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经的粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体，混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为6小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为45％，硅和硅酸锂的质量比例为4.5:5.5。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±2nm，12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例9
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1.5；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为28％，硅和硅酸锂的质量比例为1:2.5。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例10
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:2；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为25％，硅和硅酸锂的质量比例为1:3。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例10
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:2；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为25％，硅和硅酸锂的质量比例为1:3。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
实施例11
一种硅/硅酸锂复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有三个蒸发源的合金化炉中制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料分别置于设备的三个蒸发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:2:1.5；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.1±0.01MPa；分别将SiO2、Si和Li2O三个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃、1600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃，得到硅/硅酸锂复合材料；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本实施例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为45％，硅和硅酸锂的质量比例为2:2.5。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为10nm±1nm、12nm±2nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
对比例1
一种硅复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有两个蒸发源的合金化炉重制备SiOx复合材料，首先，将Si和SiO2原料分别置于设备的两个蒸发源反应器中，SiO2和Si的质量比为：SiO2:Si＝1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.01MPa；分别将SiO2和Si两个蒸发源的温度升高至1200℃、1200℃，SiO2和Si两种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成SiOx，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本对比例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为40％。硅的晶粒大小为10nm±1nm；碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
对比例2
一种硅复合材料，包括以下制备步骤：
(1)在具有一个蒸发源的合金化炉重制备硅/硅酸锂复合材料，首先，将Si、SiO2和Li2O三种原料混合后置于设备的发源反应器中，SiO2、Si和Li2O的质量比为：SiO2:Si:Li2O＝1:1:1；
(2)调整合金化炉内部气氛为真空，真空度控制在-0.01MPa；将SiO2、Si和Li2O蒸发源的温度升高至600℃，SiO2、Si和Li2O三种反应物升温后蒸发；蒸发物在设备中受热发生一系列反应生成硅和硅酸锂，后在收集器沉积，收集器温度范围为500℃；
(3)将步骤(2)中收集器中的复合物进行粉碎，得到粒径为6μm的粉碎后的复合材料；
(4)将步骤(3)中经粉碎后的复合材料置于可动态旋转的化学气相沉积炉内，反应气为体积百分比为1:5的碳源气体和高纯氮气的混合气体；混合气与复合物的质量体积比为1：5L/g，沉积时间为4小时，反应过程中设备内部压力为10Pa，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料，其中碳包覆层的厚度为50nm。
本对比例得到的硅/硅酸锂复合材料中，Si的质量百分比为40％。复合物中Si的质量百分比为40wt％，产物硅/硅酸锂复合材料中硅和硅酸锂比例为4:6。硅和硅酸锂的晶粒大小分别为14nm±1nm、20nm±2nm，碳包覆的硅/硅酸锂复合电极材料的粒径为6±1μm。
提供实施例和对比例的性能测试指标，测试方法和效果数据，结合效果数据分析本发明实施例带来的进步性。
将本发明上述实施例1～11和对比例1～2的复合材料，分别与Super P、SBR/CMC(3:5质量比)，粘结剂，以7:2:1的比例混合。然后将浆料涂覆到铜箔上，切成14mm直径的极片，真空干燥后组装成2032扣式电池。对形成的扣式电池分别采用纽扣电池容量测试仪和扣电充放电循环系统对循环容量保持率、初次放电容量、首效等性能进行了测试，测试结果如下表1所示，其中，实施例11的硅/硅酸锂复合材料制成扣式电池后的充放电曲线图如附图2所示：
表1
Figure BDA0002532812950000241
Figure BDA0002532812950000251
由上述测试结果可知：
其一，本发明实施例1相对于对比例1，加入Li2O后制备的硅/硅酸锂复合材料可提高材料的首效；硅酸锂可缓解Si的膨胀，有效提高材料的稳定性，进而提高电池的循环稳定性。
其二，本发明实施例1相对于对比例2，本发明采用三源分开蒸法制备的复合物，相对于对比文件2先进原料混合后共蒸制备的复合材料，各相的分布更均匀，降低了材料在充放电过程中因内部应力而引起的膨胀，从而提高了电池的循环稳定性。
其三，本发明实施例1相对于实施例2和实施例8，实施例9相对于实施例11，提高反应物中Si的含量可提高产物中Si的有效含量，Si含量的提高可提高材料的克容量，但增加了体系中不稳定元素的比例，导致电池的循环稳定性降低。硅酸锂的相对含量降低，从而导致首效降低。
其四，本发明实施例1相对于实施例3，提高产物的沉积温度，导致Si粒子的晶体尺寸和硅酸锂的粒径变大，导致材料体系在充放电过程中膨胀变大，导致电池的循环寿命降低。由于粒子变大，导致粒子的比表面积有小范围的降低，导致容量的略微下降。
其五，本发明实施例1相对于实施例4，提高反应物的蒸发温度，导致Si粒子的晶体尺寸和硅酸锂的粒径变大，导致材料体系在充放电过程中膨胀变大，导致电池的循环寿命降低。由于粒子变大，导致粒子的比表面积有小范围的降低，导致容量的略微下降。
其六，本发明实施例1相对于实施例5，提高混合气与样品的比例，即提高混合气体中的有效碳源气体，可使得包覆碳层的厚度增加，包覆碳层的增加可提高对于复合物膨胀的约束从而提高电池的循环性能；另外，过厚的包覆层影响复合物中Si容量的发挥，导致容量有所下降。
其七，本发明实施例1相对于实施例6，延长包覆时间，可使得包覆碳层的厚度增加，包覆碳层的增加可提高负极体系的电导率，并提高对于复合物膨胀的约束从而提高电池的循环性能；另外，过厚的包覆层影响复合物中Si容量的发挥，导致容量有所下降。
其八，本发明实施例1相对于实施例7，提高三源共蒸产物的收集温度，导致获得的产物中硅的晶体尺寸增大，从而影响循环性能的发挥。
其九，本发明实施例1相对于实施例9和10，提高反应物中Li2O的比例，Si的相对含量降低，导致容量有略微下降；但Li的增加有效提高了材料的首效；另外硅酸锂含量增加提高材料的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O，并在气相状态下反应；
在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物，得到硅/硅酸锂复合材料。
2.如权利要求1所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，在反应容器中，所述气态Si、所述气态SiO2和气态Li2O中，Si、SiO2和Li2O的质量比为(1～3)：1：(1～2)；和/或，
在气相状态下反应时间为1～3小时；和/或，
在温度为500℃～700℃的条件下，沉积反应产物的步骤包括：将气相状态下的反应产物以10℃/min～20℃/min的降温速率降温至500℃～700℃，沉积反应产物后，以5℃/min～50℃/min的降温速率降至室温，得到硅/硅酸锂复合材料。
3.如权利要求1所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，在反应容器中通入气态Si、气态SiO2和气态Li2O的步骤包括：
将Si、SiO2和Li2O分别置于反应容器的不同蒸发单元中；
在真空度为-0.11MPa～-0.09MPa的条件下，将含有SiO2的蒸发单元加热至1200℃～1600℃，将含有Si的蒸发单元加热至1200～1600℃，将含有Li2O的蒸发单元加热至1600℃～2000℃，在反应体系中同时形成气态Si、气态SiO2和气态Li2O。
4.如权利要求1～3任一所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，得到所述硅/硅酸锂复合材料后，还包括步骤：对所述硅/硅酸锂复合材料进行粉碎处理，得到粉碎后的复合材料。
5.如权利要求4所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，得到所述粉碎后的复合材料后，还包括步骤：
对所述粉碎后的复合材料进行碳包覆，得到碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。
6.如权利要求5所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，对所述复合材料进行碳包覆的步骤包括：在压力为9Pa～11Pa，温度为700℃～1000℃的条件下，通过含碳源的工作气体对所述粉碎后的复合材料进行6～8小时碳包覆；和/或，
所述粉碎后的复合材料的粒径为5μm～7μm。
7.如权利要求6所述的硅/硅酸锂复合材料的制备方法，其特征在于，所述含碳源的工作气体包括体积比为1：(4～6)的碳源气体和保护气体；和/或，
所述含碳源的工作气体的体积与所述粉碎后的复合材料的质量之比为1L：(1～10)g；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，碳包覆层的厚度为1nm～100nm；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅的粒径为5～50nm，硅酸锂的粒径为5～50nm；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅酸锂包括LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4；和/或，
所述硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳源气体选自：乙炔气体、甲烷气体、乙烷气体和丙烷气体中的至少一种；和/或，
所述保护气体选自：氮气、氩气、氦气中的至少一种。
8.一种碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，其特征在于，包括：硅酸锂和硅的复合颗粒，以及包覆在所述复合颗粒外表面的碳包覆层。
9.如权利要求8所述的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料，其特征在于，所述硅酸锂包括LixSiOy中的至少一种，其中，0＜x≤4，0＜y≤4；和/或，
所述碳包覆的硅/硅酸锂复合材料中，所述硅的质量百分含量为30％～60％；和/或，
所述碳包覆层的厚度为1～100nm；和/或，
所述硅的粒径为5～50nm，所述硅酸锂的粒径为5～50nm。
10.一种动力电池，其特征在于，所述动力电池包含有如权利要求1～7任一所述方法制备的硅/硅酸锂复合材料，或者包含有如权利要求8或9任一所述的碳包覆的硅/硅酸锂复合材料。
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