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CN119581503A - 硅复合材料及制备方法、负极极片、电池和用电装置 - Google Patents

硅复合材料及制备方法、负极极片、电池和用电装置 Download PDF

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CN119581503A
CN119581503A CN202311143407.5A CN202311143407A CN119581503A CN 119581503 A CN119581503 A CN 119581503A CN 202311143407 A CN202311143407 A CN 202311143407A CN 119581503 A CN119581503 A CN 119581503A
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carbon
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金海族
史东洋
陈宁
邓亚茜
刘智
王羽臻
王娟
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Contemporary Amperex Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种一种硅复合材料及制备方法、负极极片、电池和用电装置。硅复合材料包括硅基材料和柔性材料，所述柔性材料的硬度小于所述硅基材料的硬度。硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。柔性材料位于硅基材料的至少部分表面。通过柔性材料和硅基材料的配合，可以降低制备电极极片时集流体被压伤的风险，有利于改善电极极片的压实密度，进而提高电池的能量密度。

Description

硅复合材料及制备方法、负极极片、电池和用电装置
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种硅复合材料及制备方法、负极极片、电池和用电装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
硅基材料具有较高的克容量，将其引入二次电池中，可能会提高电池的能量密度。但是，硅基材料通常具有较高的硬度，在制备电极极片时容易压伤集流体，这样制约电极极片压实密度的提高，进而制约电池能量密度的进一步提高。
发明内容
为了实现上述目的，本申请提供了一种硅复合材料，包括硅基材料和柔性材料，所述柔性材料的硬度小于所述硅基材料的硬度。所述硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。所述柔性材料位于所述硅基材料的至少部分表面。上述硅复合材料中，通过柔性材料和硅基材料的配合，柔性材料可以缓冲硅基材料对集流体的作用力，可以降低制备电极极片时集流体被压伤的风险，有利于改善电极极片的压实密度，进而提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，所述柔性材料包括柔性导电材料。通过柔性导电材料的引入，可以改善硅复合材料的导电性，进而改善电池的电性能。可选地，所述柔性导电材料包括石墨和软碳中的至少一种。
在一些实施方式中，所述柔性材料的Dv50≤所述硅基材料的Dv50。柔性材料能够更加均匀地分散在硅基材料的表面，有利于进一步改善柔性材料对硅基材料的缓冲效果。
在一些实施方式中，所述柔性材料的Dv50为1μm～5μm。柔性材料的Dv50在该范围内可以使柔性材料更加均匀地分散在硅基材料的表面，同时可以使柔性材料之间具有较为合适的形变空间，合适的形变空间有利于缓冲硅基材料与集流体之间的作用力，降低电极极片制备时集流体出现损伤的风险。
在一些实施方式中，所述硅基材料的Dv50为2μm～7μm。硅基材料的Dv50在该范围内可以是电极极片具有较高的压实密度，有利于提高电池的能量密度。
在一些实施方式中，所述硅基材料和柔性材料均为颗粒状材料，所述柔性材料呈颗粒状分布于所述硅基材料的至少部分表面。柔性材料呈颗粒状分布可以发挥更好的缓冲作用。当硅基材料的球形度较低即硅基材料具有较尖锐的凸起时，颗粒状分布的柔性材料可以与凸起更好地配合，降低凸起对集流体带来损伤的风险。可选地，柔性材料呈颗粒状分布于硅基材料的整体表面。
在一些实施方式中，所述柔性材料与所述硅基材料的质量比为(1～9):1。柔性材料与硅基材料的质量比在该范围内可以充分发挥柔性材料的缓冲效果，降低集流体损伤的风险。同时，柔性材料与硅基材料的质量比在该范围内有利于提升极片的压实密度，进而可以使电池保持较高的能量密度。
在一些实施方式中，所述硅碳复合物包括多孔碳材料和位于所述多孔碳材料的孔隙中的单质硅。多孔碳材料内部的孔隙可以为单质硅提供一定的预留膨胀空间，降低硅碳复合物的整体膨胀，改善充放电过程中电极极片的结构稳定性。
在一些实施方式中，所述多孔碳材料的比表面积为500m2/g～1800m2/g。多孔碳材料的比表面积在该范围内可以为单质硅的附着提供较大的空间，促进电池能量密度的提升。
在一些实施方式中，所述多孔碳材料的孔隙的孔径为2nm～50nm。多孔碳材料的孔隙的孔径在该范围内可以为单质硅的膨胀提供较大的膨胀空间，同时使电池具有较好的循环性能。
在一些实施方式中，所述单质硅占所述硅碳复合物的质量百分数为20％～60％。单质硅的质量百分数在该范围内可以是电池兼顾较高的能量密度和较好的循环稳定性。
在一些实施方式中，所述硅复合材料还包括包覆层，所述包覆层包含碳和金属氧化物中的至少一种，所述包覆层将所述硅基材料和所述柔性材料完全包覆或部分包覆。通过包覆层的设置可以对电解液进行一定的阻隔，进一步降低电解液与硅基材料直接接触的风险，减少电池内部电解液与硅基材料发生的副反应，有利于改善电池的循环和快充性能。可选地，所述金属氧化物包括氧化铝和二氧化钛中的至少一种。
在一些实施方式中，所述包覆层的厚度为5nm～60nm。包覆层的厚度在该范围内可以在保持较好的包覆效果的同时使硅复合材料具有合适的粒径，有利于促进电极极片压实密度的提高。
在一些实施方式中，所述硅复合材料的Dv50为8μm～40μm。硅复合材料的Dv50在该范围内可以为锂离子的扩散提供大小合适的路径，改善锂离子的传输动力学。
在一些实施方式中，所述硅复合材料的振实密度为0.9g/cm3～1.2g/cm3。硅复合材料的振实密度在该范围内有利于促进负极极片压实密度的改善。
在一些实施方式中，所述硅复合材料的比表面积为0.8m2/g～1.5m2/g。硅复合材料的比表面积在该范围内可以使电极极片具有良好的动力学性能。
本申请还提供了一种硅复合材料的制备方法，包括如下步骤：将硅基材料、柔性材料以及溶剂混合，得到分散液；所述柔性材料的硬度小于所述硅基材料的硬度；所述硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。对所述分散液进行喷雾干燥处理。
在一些实施方式中，所述分散液的固含量为1％～40％。
在一些实施方式中，所述喷雾干燥处理的热空气的温度为150℃～200℃。
在一些实施方式中，所述喷雾干燥处理的热空气的流量为0.08m3/min～0.2m3/min。
本申请还提供了一种负极极片，包括负极集流体和位于所述负极集流体至少一个表面之上的负极膜层；所述负极膜层包含所述硅复合材料或者所述制备方法制备的硅复合材料。
在一些实施方式中，所述负极极片的压实密度为1.3g/cm3～1.75g/cm3。负极极片的压实密度在该范围内有利于改善电池的能量密度。
在一些实施方式中，所述负极极片的满充膨胀率为22％～50％。满充膨胀率在该范围内可以使电池具有较好的循环稳定性。
本申请还提供了一种二次电池，包括所述负极极片。
本申请还提供了一种用电装置，包括权所述二次电池。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请中所使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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，还可以根据附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施方式的二次电池的示意图。
图2为图1所示的本申请一实施方式的二次电池的分解图。
图3为本申请一实施方式的二次电池用作电源的用电装置的示意图。
图4为本申请一实施方式中硅复合材料的结构示意图。
图5为本申请另一实施方式中硅复合材料的结构示意图。
附图标记说明：
1、二次电池；11、壳体；12、电极组件；13、盖板；2、用电装置；3、硅复合材料；31、硅碳复合物；32、石墨；33、包覆层。
为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一副或多副附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真或存在，并且B为假或不存在；A为假或不存在，而B为真或存在；或A和B都为真，或A和B都存在。
除非另有说明，本申请中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本申请中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量。例如，可以按照在本申请的实施例中给出的方法进行测试。
本申请一实施方式提供了一种硅复合材料。硅复合材料包括硅基材料和柔性材料，柔性材料的硬度小于硅基材料的硬度。硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。柔性材料位于硅基材料的至少部分表面。硅复合材料中，通过柔性材料和硅基材料的配合，柔性材料可以缓冲硅基材料对集流体的作用力，可以降低制备电极极片时集流体被压伤的风险，有利于改善电极极片的压实密度，进而提高电池的能量密度。
可选地，柔性材料位于硅基材料的整体表面。
进一步地，当将硅复合材料应用到二次电池时，柔性材料位于硅基材料的至少部分表面，柔性材料可以降低电解液与硅基材料直接接触的风险，进而可以减少电池内部电解液与硅基材料发生的副反应，有利于改善电池的循环性能。
在一些实施方式中，柔性材料包括柔性导电材料。通过柔性导电材料的引入，可以改善硅复合材料的导电性，进而改善电池的电性能。可选地，导电材料包括石墨和软碳中的至少一种。可以理解的是，石墨包括天然石墨和人造石墨中的至少一种。
在一些实施方式中，柔性材料的Dv50≤硅基材料的Dv50。此时，柔性材料能够更加均匀地分散在硅基材料的表面，有利于进一步改善柔性材料对硅基材料的缓冲效果。可选地，柔性材料的Dv50＜硅基材料的Dv50。
可以理解的是，本申请中，Dv50指：在体积累积分布曲线中，颗粒的累计粒度分布数达到50％时所对应的粒径，它的物理意义是粒径小于(或大于)它的颗粒占50％。作为示例，Dv50可以参照GB/T 19077-2016测试方法，采用激光衍射粒度分布测量仪Mastersizer3000得到的粒度分布曲线，即可得到Dv50。
作为柔性材料的Dv50的一些可选示例，柔性材料的Dv50为1μm～5μm。柔性材料的Dv50在该范围内可以使柔性材料更加均匀地分散在硅基材料的表面，同时可以使柔性材料之间具有较为合适的形变空间，合适的形变空间有利于缓冲硅基材料与集流体之间的作用力，降低电极极片制备时集流体出现损伤的风险。可选地，柔性材料的Dv50可以是1μm、2μm、3μm、4μm、5μm等。
作为硅基材料的Dv50的一些可选示例，硅基材料的Dv50为2μm～7μm。硅基材料的Dv50在该范围内可以是电极极片具有较高的压实密度，有利于提高电池的能量密度。可选地，硅基材料的Dv50可以是2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm等。
可以理解的是，柔性材料和硅基材料之间可以通过柔性材料和硅基材料的表面张力结合在一起。可选地，硅复合材料还可以包括粘结剂。通过粘结剂可以进一步提高柔性材料与硅基材料之间的结合力，使柔性材料和硅基材料更好地结合在一起，有利于进一步提高硅复合材料的结构稳定性。可选地，粘结剂可以是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇以及羧甲基纤维素钠中的至少一种。
在一些实施方式中，硅基材料和柔性材料均为颗粒状材料，柔性材料呈颗粒状分布于硅基材料的至少部分表面。柔性材料呈颗粒状分布可以发挥更好的缓冲作用。当硅基材料的球形度较低即硅基材料具有较尖锐的凸起时，颗粒状分布的柔性材料可以与凸起更好地配合，降低凸起对集流体带来损伤的风险。可选地，柔性材料呈颗粒状分布于硅基材料的整体表面。
在一些实施方式中，柔性材料与硅基材料的质量比为(1～9):1。柔性材料与硅基材料的质量比在该范围内可以充分发挥柔性材料的缓冲效果，降低集流体损伤的风险。同时，柔性材料与硅基材料的质量比在该范围内可以使电池保持较高的能量密度。可选地，柔性材料与硅基材料的质量比可以是1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1等。
在一些实施方式中，硅氧化合物包括化学式为SiOx的材料，其中0＜x＜2。进一步可选地，0.5≤x≤1.5。进一步可选地，硅氧化合物包括SiO。
进一步可选地，硅氧化合物的表面和/或硅氧化合物的内部还可以分布有金属元素以减少不可逆相(例如SiO2)的比例并提高活性材料的效率。金属可以是选自Li、Mg和Al中的至少一种。这些金属元素的引入可以降低硅氧化合物损坏的风险，以及改善硅氧化合物的寿命。可选地，金属可以是Li和Mg中的至少一种。以占硅氧化合物的质量百分数计，金属元素的质量百分数可以是0.1％～25％，可选地为3％～15％。
可选地，硅氮复合物包括Si3N4。
在一些实施方式中，硅碳复合物包括多孔碳材料和位于多孔碳材料的孔隙中的单质硅。多孔碳材料内部的孔隙可以为单质硅提供一定的预留膨胀空间，降低硅碳复合物的整体膨胀，改善充放电过程中电极极片的结构稳定性。可选地，单质硅包括纳米硅。
硅碳复合物通常具有较硬的质地，当将硅碳复合物应用于电极极片时，在冷压过程中，质地较硬的硅碳复合物可能会给集流体带来一定的损伤，进而给电极极片和电池的性能带来不利影响。在本申请中，通过柔性材料与硅碳复合物的配合，柔性材料质地较硅碳复合物软，可以分散冷压过程中硅碳复合物带来的应力，降低在冷压过程中硅碳复合物对集流体的不利影响，进而可以提高电极极片的结构稳定性，从而改善电池的性能。
进一步地，硅碳复合物的承压能力较差，在冷压过程中容易出现破碎。在本申请中，通过柔性材料与硅碳复合物的配合，可以使硅复合材料具有较好的承压能力。在将该硅复合材料引入电极极片时，有利于进一步提高电极极片的压实密度。
在一些实施方式中，多孔碳材料的比表面积为500m2/g～1800m2/g。多孔碳材料的比表面积在该范围内可以为单质硅的附着提供较大的空间，促进电池能量密度的提升。可选地，多孔碳材料的比表面积可以是500m2/g、600m2/g、700m2/g、800m2/g、900m2/g、1000m2/g、1100m2/g、1200m2/g、1300m2/g、1400m2/g、1500m2/g、1600m2/g、1700m2/g、1800m2/g等。
在一些实施方式中，多孔碳材料的孔隙的孔径为2nm～50nm。多孔碳材料的孔隙的孔径在该范围内可以为单质硅的膨胀提供较大的膨胀空间，同时使电池具有较好的循环性能和存储性能。可选地，多孔碳材料的孔隙为介孔。
在一些实施方式中，单质硅占硅碳复合物的质量百分数为20％～60％。单质硅的质量百分数在该范围内可以是电池兼顾较高的能量密度和较好的循环稳定性。可选地，单质硅占硅碳复合物的质量百分数可以是20％、30％、40％、50％、60％等。
在一些实施方式中，柔性材料包括石墨，硅基材料包括硅碳复合物。请参阅图4，其中展示了本申请一实施方式中硅复合材料的结构示意。图4对应的硅复合材料3包括硅碳复合物31和石墨32，石墨32位于硅碳复合物31的至少部分表面。可以理解的是，在图4中，对硅复合材料3、硅碳复合物31以及石墨32的位置关系进行了示意，并不表示硅复合材料3、硅碳复合物31以及石墨32的实际形状为图4中所示的形状。在硅复合材料中，硅复合材料、硅碳复合物以及石墨的形状可以是其他形状。比如，硅复合材料、硅碳复合物以及石墨的形状可以分别独立选自球形和类球形中的至少一种。
在一些实施方式中，硅复合材料还包括包覆层，包覆层包含碳和金属氧化物中的至少一种，包覆层将硅基材料和柔性材料完全包覆或部分包覆。通过包覆层的设置可以对电解液进行一定的阻隔，进一步降低电解液与硅基材料直接接触的风险，减少电池内部电解液与硅基材料发生的副反应，有利于改善电池的循环和快充性能。可选地，包覆层可以是碳包覆层。
请参阅图5，其中展示了本申请另一实施方式中硅复合材料的结构示意。图5对应的硅复合材料3包括硅碳复合物31和石墨32，石墨32位于硅碳复合物31的至少部分表面。硅复合材料3还包括包覆层33。包覆层33将硅碳复合物31和石墨32完全包覆。
在一些实施方式中，金属氧化物包括氧化铝和二氧化钛中的至少一种。
在一些实施方式中，包覆层的厚度为5nm～60nm。包覆层的厚度在该范围内可以在保持较好的包覆效果的同时使硅复合材料具有合适的粒径，有利于促进电极极片压实密度的提高。可选地，包覆层的厚度可以是5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm等。
可以理解的是，可以通过透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方式来对硅复合材料中的柔性材料、硅碳复合物以及包覆层等进行检测和区分。
在一些实施方式中，硅复合材料的Dv50为8μm～40μm。硅复合材料的Dv50在该范围内可以为锂离子的扩散提供大小合适的路径，改善锂离子的传输动力学。可选地，硅复合材料的Dv50可以是8μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm等。
在一些实施方式中，硅复合材料的振实密度为0.9g/cm3～1.2g/cm3。硅复合材料的振实密度在该范围内有利于促进负极极片压实密度的改善。可选地，硅复合材料的振实密度为0.9g/cm3、1g/cm3、1.1g/cm3、1.2g/cm3等。可以理解的是，硅复合材料的振实密度可以通过振实密度仪进行测量。将装有硅复合材料的刻度量筒固定在机械振动装置上，振动电机带动机械振动装置垂直上下振动，装有硅复合材料的刻度量筒随机械振动装置而发生有节拍的振动。随着振动次数的增加，刻度量筒里的硅复合材料逐渐振实，振动次数达到设定的次数后，机械振动装置停止振动，读出刻度量筒的体积，根据密度的定义：质量除以体积，从而求出硅复合材料的振实密度。
在一些实施方式中，硅复合材料的比表面积为0.8m2/g～1.5m2/g。硅复合材料的比表面积在该范围内可以使电极极片具有良好的动力学性能。可选地，硅复合材料的比表面积为0.8m2/g、0.9m2/g、1m2/g、1.1m2/g、1.2m2/g、1.3m2/g、1.4m2/g、1.5m2/g等。
在一些实施方式中，硅复合材料为球形颗粒。
本申请还有一实施方式提供了一种硅复合材料的制备方法。该硅复合材料的制备方法包括如下步骤：将硅基材料、柔性材料以及溶剂混合，得到分散液；柔性材料的硬度小于硅基材料的硬度；硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种。对分散液进行喷雾干燥处理。该制备方法简单易行，通过喷雾干燥的造粒方式可以得到硅复合材料。
可选地，喷雾干燥在干燥的热空气氛围内进行。可以理解的是，喷雾干燥时，将分散液置于热空气氛围内进行干燥。
在一些实施方式中，喷雾干燥处理的热空气的温度为150℃～200℃。可选地，喷雾干燥处理的热空气的温度可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃等。
在一些实施方式中，喷雾干燥处理的热空气的流量为0.08m3/min～0.2m3/min。可选地，喷雾干燥处理的热空气的流量为0.08m3/min、0.09m3/min、0.1m3/min、0.11m3/min、0.12m3/min、0.13m3/min、0.14m3/min、0.15m3/min、0.16m3/min、0.17m3/min、0.18m3/min、0.19m3/min、0.2m3/min等。
在一些实施方式中，分散液的固含量为1％～40％。可选地，分散液的固含量为1％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％等。
在一些实施方式中，溶剂包括水。
在一些实施方式中，硅复合材料的制备方法包括如下步骤：将硅基材料、柔性材料、分散剂以及溶剂混合，得到分散液；对分散液进行喷雾干燥处理。通过分散剂的加入可以提高硅基材料和柔性材料在溶剂中的分散效果，有利于提高硅复合材料的均匀性。
可选地，硅基材料和柔性材料的总质量与分散剂的质量的比值为(70～95)：(5～30)。进一步可选地，硅基材料和柔性材料的总质量与分散剂的质量的比值可以为70:30、75:25、80:20、85:15、90:10、95:5等。再进一步可选地，分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇以及羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
在一些实施方式中，硅复合材料的制备方法包括如下步骤：将硅基材料、柔性材料、分散剂、粘结剂以及溶剂混合，得到分散液；对分散液进行喷雾干燥处理。通过粘结剂的加入可以改善硅碳复合物和石墨之间的粘结性能，使得到的硅复合材料的结构更加稳定。
可选地，粘结剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇以及羧甲基纤维素钠中的一种或多种。。
可以理解的是，可以采用喷雾干燥机对分散液进行喷雾干燥处理。
在一些实施方式中，喷雾干燥处理之后还包括：对喷雾干燥处理得到的固体物料进行包覆处理。
在一些实施方式中，喷雾干燥处理之后还包括：对喷雾干燥处理得到的固体物料在气体碳源氛围内进行碳包覆处理。通过碳包覆处理可以改善硅复合材料的导电性和快充性能。
可选地，碳包覆处理包括如下步骤：将喷雾干燥处理得到的固体物料置于瓷舟内，再将瓷舟放入以Ar气为保护气的管式炉中，以2℃～10℃的升温速率升至600℃～800℃，保温1h～4h。然后将Ar气更换为气体碳源，持续15min～30min，然后冷却至室温。进一步可选地，气体碳源包括CH4和C2H2中的至少一种。
本申请还有一实施例提供了一种负极极片。该负极极片包括负极集流体和位于负极集流体至少一个表面之上的负极膜层。负极膜层包含上述硅复合材料或者上述硅复合材料的制备方法制备的硅复合材料。
在一些实施方式中，负极极片的压实密度为1.3g/cm3～1.75g/cm3。负极极片的压实密度在该范围内有利于改善电池的能量密度。比如，负极极片的压实密度可以是1.3g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3等。
在一实施方式中，负极极片的满充膨胀率为22％～50％。满充膨胀率在该范围内可以使电池具有较好的循环稳定性。可选地，负极极片的满充膨胀率可以是25％、30％、35％、40％、45％等。可以理解的是，负极极片的满充膨胀率可以通过如下方式测得：满充膨胀率可以通过以下方法测试：测量负极极片的原始厚度，记为W0。然后对组装后的电池满充后进行拆解，测量满充后的负极极片的厚度，记为W1。膨胀率α＝(W1-W0)/W0。。
本申请还有一实施例提供了一种二次电池。该二次电池包括上述负极极片。
本申请还有一实施例提供了一种用电装置。该用电装置包括上述二次电池。
以下适当参照附图对本申请的二次电池和用电装置进行说明。
通常情况下，二次电池包括正极极片、负极极片、电解质和隔离膜。在电池充放电过程中，活性离子在正极极片和负极极片之间往返嵌入和脱出。电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。隔离膜设置在正极极片和负极极片之间，主要起到防止正负极短路的作用，同时可以使离子通过。
正极极片
正极极片包括正极集流体以及设置在正极集流体至少一个表面的正极膜层，所述正极膜层包括正极活性材料。
作为示例，正极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，正极活性材料层设置在正极集流体相对的两个表面的其中任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述正极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可采用铝箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基层至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料形成在高分子材料基材上而形成。可选地，金属材料可以包括但不限定于铝、铝合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金中的一种或多种。可选地，高分子材料基材可以包括但不限定于聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)及聚乙烯(PE)中的一种或多种。
作为示例，正极活性材料可包含本领域公知的用于电池的正极活性材料。作为示例，正极活性材料可包括以下材料中的至少一种：橄榄石结构的含锂磷酸盐、锂过渡金属氧化物及其各自的改性化合物。但本申请并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池正极活性材料的传统材料。这些正极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。其中，锂过渡金属氧化物的示例可包括但不限于锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂镍钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及它们的改性化合物等中的至少一种。可选地，锂钴氧化物包括LiCoO2。锂镍氧化物包括LiNiO2。锂锰氧化物包括LiMnO2和LiMn2O4中的至少一种。锂镍钴锰氧化物包括LiNi1/3Co1/ 3Mn1/3O2(NCM333)、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)、LiNi0.5Co0.25Mn0.25O2(NCM211)、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)以及LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)中的至少一种。锂镍钴铝氧化物包括LiNi0.85Co0.15Al0.05O2。橄榄石结构的含锂磷酸盐的示例可包括但不限于磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料中的至少一种。可选地，磷酸铁锂包括LiFePO4(LFP)。磷酸锰锂包括LiMnPO4。所述正极活性材料在正极膜层中的重量比为80～100重量％，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括粘结剂。作为示例，所述粘结剂可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯-丙烯三元共聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯三元共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及含氟丙烯酸酯树脂中的至少一种。所述粘结剂在正极膜层中的重量比为0～20重量％，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，正极膜层还可选地包括导电剂。作为示例，所述导电剂可以包括超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。所述导电剂在正极膜层中的重量比为0～20重量％，基于正极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备正极极片：将上述用于制备正极极片的组分，例如正极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他的组分分散于溶剂中，形成正极浆料。可选地，溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。其中所述正极浆料固含量为40～80wt％，室温下的粘度调整到5000～25000mPa·s，将正极浆料涂覆在正极集流体的表面，烘干后经过冷轧机冷压后形成正极极片；正极粉末涂布单位面密度为15-35mg/cm2，正极极片压实密度为3.0-3.6g/cm3，可选为3.4-3.6g/cm3。所述压实密度的计算公式为：压实密度＝涂布面密度/(挤压后极片厚度-集流体厚度)。
可理解的是，本申请实施例中正极极片可以是将上述正极极片作为正极极片主体，并在该正极极片主体的表面形成固体电解质界面膜而制成。
负极极片
负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上的负极膜层，所述负极膜层包括负极活性材料。
作为示例，负极集流体具有在其自身厚度方向相对的两个表面，负极膜层设置在负极集流体相对的两个表面中的任意一者或两者上。
在一些实施方式中，所述负极集流体可采用金属箔片或复合集流体。例如，作为金属箔片，可以采用铜箔。复合集流体可包括高分子材料基层和形成于高分子材料基材至少一个表面上的金属层。复合集流体可通过将金属材料形成在高分子材料基材上而形成。可选地，金属材料包括铜、铜合金、镍、镍合金、钛、钛合金、银及银合金中的至少一种。高分子材料包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)以及聚乙烯(PE)中的至少一种。
在一些实施方式中，负极活性材料可采用本领域公知的用于电池的负极活性材料。作为示例，负极活性材料可以包括本申请实施方式中的硅复合材料。负极活性材料还可以包括以下材料中的至少一种：人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、锡基材料和钛酸锂等。所述锡基材料可选自单质锡、锡氧化合物以及锡合金中的至少一种。但负极活性材料并不限定于这些材料，还可以使用其他可被用作电池负极活性材料的传统材料。这些负极活性材料可以仅单独使用一种，也可以将两种以上组合使用。所述负极活性材料在负极膜层中的重量比为70～100重量％，基于负极膜层的总重量计。
作为天然石墨,可以使用鳞片状石墨、压印石墨、土状石墨等未加工的天然石墨或球状天然石墨。片状石墨和印模石墨显示出几乎完整的晶体,而土状石墨的结晶度较低。考虑到电极容量,可以使用结晶度高的片状石墨和压印石墨。例如,可以将鳞片状石墨球化后使用。在球化天然石墨的情况下,粒径可以为5至30μm,优选10至25μm。
人造石墨一般可以通过将煤焦油、煤焦油沥青、石油重油等原料在2500℃以上进行烧结的石墨化法制造,在这样的石墨化后,粉碎、形成二次粒子等粒子。经调整也可用作负极活性物质。
一般来说,人造石墨的晶体随机分布在颗粒内,与天然石墨相比,球形度较低,形状比较锋利。人造石墨可以是粉末状、片状、块状酸状、板状或棒状,但优选晶粒的取向度具有各向同性,以缩短锂离子的移动距离以提高输出特征。人造石墨可以是薄片和/或板的形式。
人造石墨包括商业上广泛使用的中间相碳微珠(MCMB)、中间相沥青基碳纤维(MPCF)、块状石墨化的人造石墨、粉末状石墨化的人造石墨、石墨等。另外,人造石墨的粒径可以为5～30μm,优选为10～25μm。
人造石墨的比表面积可以通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)法测量。例如,使用孔隙率分析仪(Bell Japan Inc,Belsorp-II mini),可以通过氮气吸附流量法通过BET 6点法测量。下文所述的天然石墨比表面积的测量也是如此。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括粘结剂。所述粘结剂可选自丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。所述粘结剂在负极膜层中的重量比为0～30重量％，基于负极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括导电剂。导电剂可选自超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中的至少一种。所述导电剂在负极膜层中的重量比为0～20重量％，基于负极膜层的总重量计。
在一些实施方式中，负极膜层还可选地包括其他助剂，例如增稠剂等。所述其他助剂在负极膜层中的重量比为0～15重量％，基于负极膜层的总重量计。可选地，增稠剂包括羧甲基纤维素钠(CMC-Na)。
在一些实施方式中，负极膜层可以是单层，也可以是多层。当负极膜层为多层，任意两层的的活性材料可以相同，也可以不同。
在一些实施方式中，可以通过以下方式制备负极极片：将上述用于制备负极极片的组分，例如负极活性材料、导电剂、粘结剂和任意其他组分分散于溶剂中，形成负极浆料。可选地，溶剂包括去离子水。其中所述负极浆料固含量为30～70wt％，室温下的粘度调整到2000～10000mPa·s；将所得到的负极浆料涂覆在负极集流体上，经过干燥、冷压，得到负极极片。负极粉末涂布单位面密度为75～220mg/m2，负极极片压实密度1.2～2.0g/m3。
可以理解的是，本申请实施例中负极极片可以是将上述负极极片作为负极极片主体，并在该负极极片主体的表面形成固体电解质界面膜而制成。
电解质
电解质在正极极片和负极极片之间起到传导离子的作用。本申请对电解质的种类没有具体的限制，可根据需求进行选择。例如，电解质可以是液态的、凝胶态的或全固态的。
在一些实施方式中，所述电解质采用电解液。所述电解液包括电解质盐和溶剂。
在一些实施方式中，电解质盐可选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiTFS)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、二氟二草酸磷酸锂(LiDFOP)及四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)中的一种或几种。所述电解质盐的浓度通常为0.5～5mol/L。
在一些实施方式中，溶剂可选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙基酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸亚丁酯(BC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)、1,4-丁内酯(GBL)、环丁砜(SF)、二甲砜(MSM)、甲乙砜(EMS)及二乙砜(ESE)中的一种或几种。
在一些实施方式中，所述电解液还可选地包括添加剂。例如添加剂可以包括负极成膜添加剂、正极成膜添加剂，还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂，例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
隔离膜
在一些实施方式中，二次电池中还包括隔离膜。本申请对隔离膜的种类没有特别的限制，可以选用任意公知的具有良好的化学稳定性和机械稳定性的多孔结构隔离膜。
在一些实施方式中，隔离膜的材质可选自玻璃纤维、无纺布、聚乙烯、聚丙烯及聚偏二氟乙烯中的至少一种。隔离膜可以是单层薄膜，也可以是多层复合薄膜，没有特别限制。在隔离膜为多层复合薄膜时，各层的材料可以相同或不同，没有特别限制。
在一些实施方式中，正极极片、负极极片和隔离膜可通过卷绕工艺或叠片工艺制成电极组件。
在一些实施方式中，二次电池可包括外包装。该外包装可用于封装上述电极组件及电解质。
在一些实施方式中，二次电池的外包装可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、钢壳等。二次电池的外包装也可以是软包，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，作为塑料，可列举出聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚丁二酸丁二醇酯等。本申请对二次电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。例如，图1是作为一个示例的方形结构的二次电池1。
在一些实施方式中，参照图2，外包装可包括壳体11和盖板13。其中，壳体11可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体11具有与容纳腔连通的开口，盖板13能够盖设于所述开口，以封闭所述容纳腔。正极极片、负极极片和隔离膜可经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件12。电极组件12封装于所述容纳腔内。电解液浸润于电极组件12中。二次电池1所含电极组件12的数量可以为一个或多个，本领域技术人员可根据具体实际需求进行选择。
另外，本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括本申请提供的二次电池。所述二次电池可以用作所述用电装置的电源，也可以用作所述用电装置的能量存储单元。所述用电装置可以包括移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等，但不限于此。
作为所述用电装置，可以根据其使用需求来选择二次电池。
图3是作为一个示例的用电装置2。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对二次电池的高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
实施例
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下将结合实施例和附图对本申请进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本申请保护的范围。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例中硅复合材料的制备方法包括：
将硅基材料硅碳复合物和柔性材料石墨加入去离子水中，搅拌分散均匀，得到分散液。使用喷雾干燥机对分散液进行喷雾干燥。将喷雾干燥处理得到的固体物料在气体碳源氛围内进行碳包覆处理。得到本实施例中的硅复合材料。
实施例2～实施例17
与实施例1相比，实施例2～实施例17的不同之处在于，硅复合材料的组成有所不同，具体如表1中所示。
实施例18
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于，将石墨替换成软碳。
实施例19
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于，将硅碳复合物替换成硅氧化合物，其中硅氧化合物中硅的质量百分数为50％。
实施例20
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于，将硅碳复合物替换成硅氮化合物，其中硅氮化合物中硅的质量百分数为50％。
二次电池的制备方法如下：
(1)正极极片的制备。
将正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、导电剂乙炔黑、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比97：2：1混合均匀并加入到溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制成正极浆料；将正极浆料均匀涂布在正极集流体铝箔上，在85℃下烘干后冷压，再进行模切、分条，制成正极极片。
(2)负极极片的制备。
将负极活性物质、导电剂乙炔黑、增稠剂羟甲基纤维素钠、粘结剂丁苯橡胶按质量比96：2：1：1加入溶剂水中混合均匀并制成负极浆料。将负极浆料均匀涂布在负极集流体铜箔上，在85℃下烘干后进行40吨压力冷压，其中冷压采用圆柱形冷压辊进行冷压，冷压速度20m/min，温度25℃，制成负极极片。
其中，实施例中的负极活性物质为对应的实施例中的硅复合材料。
对比例1中负极活性物质为硅碳复合物。
对比例2中负极活性物质为石墨。
(3)隔离膜的制备。
采用聚乙烯微孔薄膜作为多孔隔离膜基材，将无机三氧化铝粉末、聚乙烯呲咯烷酮、丙酮溶剂按重量比3：1.5：5.5混合均匀制成浆料并涂布于基材的一面并烘干，得到隔离膜。
(4)电解液的制备。
将LiPF6锂盐溶解于碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂中(碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯的体积比为1：2：1)，加入的氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂，得到电解液。电解液中LiPF6的浓度为1mol/L，FEC的质量百分含量为5wt％。
(5)二次电池的制备。
将正极极片、正极极片以及隔离膜进行卷绕，得到裸电芯，之后经过封装、注液、化成、排气等工序，得到对应的二次电池。
测试例：
(1)对实施例和对比例中的负极极片的结构稳定性进行测试。
a：使用SEM电子扫描电镜观测实施例和对比例中的负极极片的垂直截面，测量活性物质嵌入集流体的深度H，测量结果如表1中所示。H可以用来表示负极集流体的受损伤程度，H值越大表示负极集流体的损伤越严重。
b：对实施例和对比例中的负极极片进行断裂延伸率测试。取冷压后的负极极片，用模切刀冲切制样成50mm*15mm的长条形，其中50mm方向为极片的加工方向，即极片相对于冷压辊的运动方向。使用高铁拉力机进行拉伸实验，拉伸机两端需用皱纹胶贴紧，防止极片拉伸时松弛脱落，样品拉伸时保持垂直且绷直状态，。样品需在中间某处断裂，在夹具两端断裂数据舍弃。拉伸速度2mm/min。负极极片的初始长度为L0，即50mm，在长度方向上拉伸断裂时的长度为L1，断裂延伸率λ＝(L1-L0)/L0。测试结果如表1中所示。
(2)对实施例和对比例中二次电池的体积能量密度(VED)进行测试。将电池在25℃的恒温环境下静置2h，然后在2.8V～4.2V下，按照0.33C充电至4.2V，然后在4.2V下恒压充电至电流≤0.05C，静置10min，然后按照0.33C放电至2.8V，记录该电池的容量C0。VED为C0与电池壳体体积的比值。测试结果如表1中所示。
(3)对实施例和对比例中二次电池的循环性能进行测试。测试方法为：25℃下，将待测电池按照0.5C在0-100％ SOC区间进行持续充放电，每次充放电结束各静置30min。直至电池循环至300圈，第n圈的放电容量记录为Cn，其中的首圈放电容量记为C1，第n圈的容量保持率＝(Cn/C1)×100％，其中25℃循环300圈容量保持率＝(C300/C1)×100。测试结果如表1中所示。
表1
在表1中，BET表示多孔碳材料的比表面积，单位为m2/g。孔径表示多孔碳材料的孔隙的孔径，单位为nm。硅的百分比表示硅基材料中硅占硅基材料的质量百分数。硅基材料Dv50的单位为μm。石墨Dv50的单位为μm。石墨：硅基材料表示石墨和硅基材料的质量比。碳包覆层厚度的单位为nm。硅复合材料Dv50的单位为μm。硅复合材料振实密度的单位为g/cm3。硅复合材料比表面积的单位为m2/g。负极极片的压实密度的单位为g/cm3。嵌入深度表示活性物质嵌入集流体的深度，单位为μm。二次电池的体积能量密度的单位为W·h/L。
在表1中，由实施例1和对比例1相比可以看出，相比于硅碳复合物作为负极活性物质，当负极活性物质包括硅碳复合物和石墨时，在制备负极极片时负极集流体的损伤较小，并且电池的体积能量密度较高。
由实施例1和对比例2相比可以看出，相比于石墨作为负极活性物质，当负极活性物质包括硅碳复合物和石墨时，电池的体积能量密度较高。
由实施例1和实施例7相比可以看出，实施例7中硅碳复合物的Dv50小于石墨的Dv50时，负极集流体存在一定的损伤，并且循环性能较低。
由实施例1、实施例8、实施例9相比可以看出，当硅碳复合物的Dv50较大或者石墨的Dv50较小时，在制备负极极片时负极集流体的损伤较大。
由实施例1和实施例14相比可以看出，实施例14中电池对应的循环性能较低，可能的原因是硅碳复合物的比表面较大，过大的孔隙导致副反应加剧，使得电池的循环性能有所降低。另外，实施例14中硅碳复合物的比表面积较大，对应的压实密度较小，电池的体积能量密度较小。
由实施例1和实施例15相比可以看出，实施例15中电池对应的循环性能较低，可能的原因是硅碳复合物的比表面积较小，部分单质硅位于硅碳复合物的颗粒表面，而单质硅的活性较高，可能会在一定程度上使循环性能有所恶化。
由实施例1和实施例16相比可以看出，硅碳复合物中多孔碳的孔径较大时，压实密度较小，电池的体积能量密度较小。
由实施例1和实施例17相比可以看出，碳包覆层的厚度较大时，电池的循环性能较低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种硅复合材料，其特征在于，包括硅基材料和柔性材料，所述柔性材料的硬度小于所述硅基材料的硬度；所述硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种；所述柔性材料位于所述硅基材料的至少部分表面。
2.根据权利要求1所述的硅复合材料，其特征在于，所述柔性材料包括柔性导电材料；
可选地，所述柔性导电材料包括石墨和软碳中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的硅复合材料，其特征在于，所述柔性材料的Dv50≤所述硅基材料的Dv50；
可选地，所述柔性材料的Dv50为1μm～5μm；
可选地，所述硅基材料的Dv50为2μm～7μm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅基材料和所述柔性材料均为颗粒状材料，所述柔性材料呈颗粒状分布于所述硅基材料的至少部分表面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述柔性材料与所述硅基材料的质量比为(1～9):1。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅碳复合物包括多孔碳材料和位于所述多孔碳材料的孔隙中的单质硅；
可选地，所述多孔碳材料的比表面积为500m2/g～1800m2/g；
可选地，所述多孔碳材料的孔隙的孔径为2nm～50nm；
可选地，所述单质硅占所述硅碳复合物的质量百分数为20％～60％。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料还包括包覆层，所述包覆层包含碳和金属氧化物中的至少一种，所述包覆层将所述硅基材料和所述柔性材料完全包覆或部分包覆；
可选地，所述金属氧化物包括氧化铝和二氧化钛中的至少一种；
可选地，所述包覆层的厚度为5nm～60nm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的硅复合材料，其特征在于，所述硅复合材料的Dv50为8μm～40μm；和/或，
所述硅复合材料的振实密度为0.9g/cm3～1.2g/cm3；和/或，
所述硅复合材料的比表面积为0.8m2/g～1.5m2/g。
9.一种硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将硅基材料、柔性材料以及溶剂混合，得到分散液；所述柔性材料的硬度小于所述硅基材料的硬度；所述硅基材料包括单质硅、硅氧化合物、硅碳复合物、硅氮复合物以及硅合金中的至少一种；
对所述分散液进行喷雾干燥处理。
10.根据权利要求9所述的硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述分散液的固含量为1％～40％；和/或，
所述喷雾干燥处理的热空气的温度为150℃～200℃；和/或，
所述喷雾干燥处理的热空气的流量为0.08m3/min～0.2m3/min。
11.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体和位于所述负极集流体至少一个表面之上的负极膜层；所述负极膜层包含权利要求1～8中任一项所述的硅复合材料或者权利要求8～9中任一项所述的制备方法制备的硅复合材料。
12.根据权利要求11所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片的压实密度为1.3g/cm3～1.75g/cm3；和/或，
所述负极极片的满充膨胀率为22％～50％。
13.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求11～12中任一项所述的负极极片。
14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求13所述的二次电池。
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