[发明专利]硅氧复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本申请涉及硅氧复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，其中，所述硅氧复合负极材料包括硅氧材料、包覆在所述硅氧材料表面的复合包覆层，复合包覆层包括碳材料及含锂化合物，碳材料具有孔隙，含锂化合物填充在所述孔隙内。本申请的硅氧复合负极材料及其制备方法简单、成本低、易于实现工业化生产，且制备得到的硅氧复合负极材料具有优异的电化学循环及抑制膨胀性能，可延长锂离子电池的使用寿命。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，涉及硅氧复合负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

氧化亚硅材料是新一代超大容量锂离子电池中必不可少的负极材料。氧化亚硅工业界对于硅基锂离子电池的开发的研究和布局已经超过十年以上，然而以氧化亚硅为代表的硅基材料依然没有得到大规模运用。限制氧化亚硅材料应用的主要因素是硅基材料本身的天然劣势造成的。高膨胀与剧烈的体积变化，低首效等都是目前急需解决的问题。

界面反应调控是抑制极片膨胀，延长材料循环性能的重要方向之一。可以在硅基材料表面形成包覆层，以抑制极片膨胀。目前针对包覆层选择以及改善方法有很多，例如，单一碳材料包覆是比较常规的包覆选择，导电碳能够改善材料的导电问题，而不同的碳层形貌也能影响循环性能。碳包覆层掺杂部分其他元素，如N、P、F等在学术界有过多次报道，在提高碳层导电性的同时，降低Li离子迁移能垒，提高Li离子迁移效率。二氧化钛也是常见的包覆材料之一，首效和容量均有得到了一定程度的提升，然而较高的包覆成本以及复杂的包覆工艺，限制了其使用，同时性能提升也并未取得突破。

因此，开发一种循环性能优异、体积膨胀效应低的硅基材料及其制备方法仍是所属领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本申请的目的在于提供硅氧复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，本申请的硅氧复合负极材料具有优异的电化学循环及抑制膨胀性能，可延长锂离子电池的使用寿命，降低生产成本。

为实现上述发明目的，第一方面，本申请提供一种硅氧复合负极材料，所述硅氧复合负极材料包括硅氧材料、包覆在所述硅氧材料表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳材料及含锂化合物，所述碳材料具有孔隙，所述含锂化合物填充在所述孔隙内。

在上述方案中，复合包覆层具有一定的机械强度，能够保证在活性硅脱嵌锂过程中保持颗粒的完整性，抑制颗粒粉化，提升硅氧材料稳定性，从整体上改善成品电池的循环性能。另一方面，复合包覆层中的含锂化合物隔绝硅氧材料与电解液的直接接触，控制电解液与硅氧材料额外的副反应的发生。最后复合包覆层保证了良好导电性，能极大的改善活性硅氧获取电子的能力，提升硅氧材料脱嵌锂效率，促进容量发挥以及深层嵌锂。

结合第一方面，在一种可行的实施方式中，所述硅氧复合负极材料满足以下条件a～g的至少一者：

a.所述硅氧材料为SiO_n，其中，0.5≤n≤1.5；

b.所述硅氧材料的平均粒径为3.5μm-8.0μm；

c.所述含锂化合物为Li_xR_yM_zPO₄，其中，R选自Mg、V和Cr中的至少一种，M选自Al、Sc、Ti、Cu、Zn、Y、Mo、Nb、La和Zr中的至少一种，0.3≤x≤1.2，0.5≤y≤1.0，0≤z≤0.2；

d.所述含锂化合物为Li_xR_yM_zSiO₄，其中，R选自Mg、V和Cr中的至少一种，M选自Al、Sc、Ti、Cu、Zn、Y、Mo、Nb、La和Zr中的至少一种，0.8≤x≤2.2，0.8≤y≤1.2，0≤z≤0.2；