[发明专利]硅氧复合负极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了硅氧复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述硅氧复合负极材料为核壳结构，所述核包括纳米硅和SiOx，其中0＜x＜1.2，所述壳包括Li₂SiO₃。所述制备方法包括：将硅源与锂源混合，进行热处理，得到含有Li₂SiO₃的复合材料；将所述含有Li₂SiO₃的复合材料置于酸中，浸渍，得到所述硅氧复合负极材料，其中所述硅源的通式为SiOy。本发明提供的产品中，纳米硅被SiOx严密包裹，在SiOx的表面再包裹着结构稳定的Li₂SiO₃。纳米硅便不会与除SiOx以外的物质发生物理接触，Li₂SiO₃虽然具有一定碱性，但是硅被SiOx包裹，不能直接与水接触，故能有效抑制产气。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及负极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及硅氧复合负极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、循环使用寿命长、无记忆效应、自放电小、环境友好等优点，已被广泛应用于便携式电子产品和电动汽车中。目前，商业化的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但它的理论容量仅为372mAh/g，无法满足未来锂离子电池对高能量密度的需求。现有的Si虽然理论容量高达4200mAh/g，但其膨胀达300％，使循环性能受到影响，导致市场推广和应用受到约束。与之相对应的硅氧材料，循环性能更好，但是首次效率低。在首次充电时，需要消耗20～50％的锂用于SEI膜形成，这就大大降低了首次库伦效率。随着正极材料首效越来越高，提升硅氧材料的首次效率显得尤为重要。

目前，提升硅氧材料首效行之有效的方式是预先对其掺杂锂，使之提前将硅氧材料中的不可逆耗锂相反应掉。现已工业化的方法是直接在极片表面涂覆锂层，以此达到减少正极锂消耗的效果。但是该方法对操作环境要求高，且存在较大安全隐患，因此难以实现产业化推广。当前技术发展状态下，通过在材料端进行预锂获得首效提升普遍存在加工性能差的问题，主要表现为：水系浆料产气严重、粘度低，涂布时拖尾，极片干燥后出现针孔、气孔等。因此，加工性能差仍是预锂材料普遍存在的问题，也是技术难点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供硅氧复合负极材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的负极材料具有加工性能稳定、首次效率高、循环寿命长的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种硅氧复合负极材料，所述硅氧复合负极材料为核壳结构，所述核包括纳米硅和SiOx，其中0＜x＜1.2，所述壳包括Li₂SiO₃。

本发明提供的硅氧复合负极材料的SiOx中0＜x＜1.2，例如x为0.2、0.5、0.8、1或1.1等。

本发明提供的硅氧复合负极材料表面包裹着结构稳定的Li₂SiO₃，使得纳米硅不会与除无定型氧化硅以外的物质发生物理接触。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述壳还包括导电物质，所述导电物质分散在壳的内部和/或表面。所述壳的内部，是指壳的内表面和外表面之间的部分，即深入到壳中而没有处于壳的表面。

优选地，所述核中的纳米硅和SiOx形成以SiOx为海，纳米硅团簇为岛的海岛结构。所述海岛结构是指，纳米硅并不是以单个粒子的形式均匀分散在SiOx中，而是以团簇的形式，分布在SiOx中。