[发明专利]硅基负极材料和锂离子电池

说明书

本申请提供了一种硅基负极材料，包括硅基内核和设置在硅基内核上的壳层，硅基内核包括SiO_x和分散在SiO_x中的硅微晶，其中，0.9≤x≤1.3，且沿所述硅基内核表层到所述硅基内核中心的方向上，硅微晶的分布密度逐渐减小，壳层包括碳层。该硅基负极材料具有高容量和较低的体积膨胀效应，将其应用于非水电解质二次电池中能够提高电池容量和循环性能。本申请还提供了一种锂离子电池用硅基负极材料的制备方法。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，具体涉及一种硅基负极材料和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是新一代的绿色高能电池，由于其具有较高的工作电压与能量密度、较小的自放电水平、无记忆效应、无铅镉等重金属污染、超长的循环寿命等优点，因而能够广泛应用于手机、ipad、笔记本电脑、汽车等产品中。锂离子电池负极作为锂离子电池的重要组成部分，影响着锂离子电池的比能量及循环寿命。

硅因为具有超高的理论比容量和较低的脱锂电位被认为是最有潜力的新型锂离子电池负极之一。然而硅在脱嵌锂的过程中存在严重的体积效应(体积膨胀率可高达300％)，导致负极材料发生结构粉化、可逆容量降低、锂离子电池的循环稳定性能下降等问题，从而阻碍了硅基负极材料在锂离子电池中的应用。为解决上述问题，有必要提高硅基负极材料的循环稳定性能。

发明内容

鉴于此，本申请提供了一种新型结构的硅基负极材料，该硅基负极材料具有高容量和较低的体积膨胀效应，将其应用于非水电解质二次电池中能够提高电池容量和循环性能。本申请还提供了一种锂离子电池用硅基负极材料的制备方法。

本申请第一方面提供了一种硅基负极材料，所述硅基负极材料包括硅基内核和设置在所述硅基内核上的壳层，所述硅基内核包括SiO_x和分散在所述SiO_x中的硅微晶，其中，0.9≤x≤1.3；且沿所述硅基内核表层到所述硅基内核中心的方向上，所述硅微晶的分布密度逐渐减小；所述壳层包括碳层。

本申请中的硅基负极材料，通过将硅微晶设置为沿硅基内核表层到硅基内核中心的方向上分布密度逐渐减小的结构，可以有效缓解硅微晶在嵌锂过程中产生的体积膨胀效应，防止硅基内核中心的应力集中，从而抑制硅基负极材料破碎，有效保证了锂离子电池的循环寿命；硅基内核中的SiO_x能够分散硅微晶的体积膨胀产生的应力，从而形成稳定结构的硅基负极材料；碳层一方面可以增强硅基负极材料的导电性，另一方面碳层起到缓冲骨架的作用，能够削弱硅微晶体积膨胀对硅基负极材料的影响，增强硅基负极材料的结构稳定性。

可选地，所述硅基内核表层所述硅微晶的分布密度D_out和由所述硅基内核表层起往硅基内核中心方向深度500nm处所述硅微晶的分布密度D_in的比值为0≤D_in/D_out＜1。

可选地，所述硅基负极材料的任意剖面中，所述硅微晶的总面积占所述硅基内核总面积的1％-20％。

可选地，所述硅微晶通过Si(111)衍射峰及其半高峰宽，利用Scherrer公式计算硅微晶尺寸在1nm-20nm范围内。

可选地，所述SiO_x的中位粒径D50为1μm-10μm，D10/D50≥0.3，D90/D50≤2。

可选地，沿所述硅基内核表层到所述硅基内核中心的方向上，所述硅微晶的尺寸逐渐减小。

可选地，所述壳层还包括设置在所述碳层上的聚合物层，所述聚合物层包括聚合物。