[發明專利]硅氧顆粒團聚體及其制備方法、負極材料、電池

有效

• 申請號: 202011439079.X
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112687853B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 張和寶;李喆;查道松;羅姝;王岑
• 申請（專利權）人: 安普瑞斯（南京）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;C01B33/113;C01B32/956;C01B32/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 王月春;項榮

本申請提供一種具有核殼結構的硅氧顆粒團聚體，團聚體包括：內核顆粒，包括硅氧化合物基質及單質納米硅顆粒，內核顆粒中硅氧含量摩爾比如下：氧元素/硅元素＝X，0.5≤X≤1.5；碳化硅殼層，包覆內核顆粒，構成具有核殼結構的硅氧顆粒；碳層，粘接多個具有核殼結構的硅氧顆粒，并包覆多個所述具有核殼結構的硅氧顆粒。該硅氧顆粒團聚體具有低膨脹率、較長的循環壽命、高容量等優勢。

技術領域

本申請涉及電池領域，具體地，涉及硅氧顆粒團聚體及其制備方法、負極材料、電池。

背景技術

由于近年來各種便攜式電子設備、電動汽車以及儲能系統的快速發展和廣泛應用，對于能量密度高、循環壽命長的鋰離子電池的需求日益迫切。目前商業化的鋰離子電池的負極材料主要為石墨，但由于理論容量低，限制了鋰離子電池能量密度的進一步提高。由于硅負極材料具有其它負極材料無法匹敵的高容量優勢，近些年來成為了研發熱點，并逐漸從實驗室研發走向商業應用。其中，單質硅負極材料在嵌脫鋰過程中存在嚴重的體積效應，體積變化率約為300％，會造成電極材料粉化以及電極材料與集流體分離。另外，由于硅負極材料在電池充放電過程中不斷地膨脹收縮而持續破裂，產成的新鮮界面暴露于電解液中會形成新的SEI膜，從而持續消耗電解液，降低了電極材料的循環性能。針對單質硅類負極的上述問題，科研人員采用了硅氧化合物作為電池的負極材料。硅氧化合物的理論容量約為1700mAh/g，雖然其容量低于單質硅負極材料，但其膨脹率和循環穩定性均有明顯優勢，相比單質硅來說更易實現工業化應用。然而，相比于傳統的石墨負極材料，硅氧化合物仍存在膨脹較大，在電池中形成的SEI不穩定，循環穩定性略差等技術難題。

背景技術部分的內容僅僅是公開人所知曉的技術，并不代表本領域的現有技術。

發明內容

本申請提供一種硅氧顆粒團聚體，該硅氧顆粒團聚體具有低膨脹率、較長的循環壽命、高容量。

根據本申請一個方面，所述具有核殼結構的硅氧顆粒團聚體，包括：內核顆粒，包括硅氧化合物基質及單質納米硅顆粒，所述內核顆粒中硅氧含量摩爾比如下：氧元素/硅元素＝X，0.5≤X≤1.5，優選為0.8≤X≤1.2，更優選為0.9≤X≤1.1；碳化硅殼層，包覆所述內核顆粒，構成具有核殼結構的硅氧顆粒；碳層，粘接多個所述具有核殼結構的硅氧顆粒，并包覆多個所述具有核殼結構的硅氧顆粒。

根據本申請一些實施例，所述單質納米硅顆粒，均勻分散于所述硅氧化合物基質中。

根據本申請一些實施例，所述單質納米硅顆粒中值粒徑為0.1～20納米，優選為0.3～10納米。

根據本申請一些實施例，所述內核顆粒中值粒徑D50為0.05～20微米，優選為0.3～15微米，更優選為3～10微米。

根據本申請一些實施例，所述內核顆粒粒徑跨度值為≤2.0，優選為≤1.5，更優選為≤1.0。

根據本申請一些實施例，所述碳化硅殼層厚度為1～400納米，優選為10～200納米，更優選為10～80納米。

根據本申請一些實施例，所述碳層厚度為1～2000納米，優選為3～500納米，更優選為5～200納米。

根據本申請一些實施例，所述碳層對于所述硅氧顆粒團聚體的質量占比為0.1～15wt％，優選為1～5wt％。

根據本申請一些實施例，所述硅氧顆粒團聚體的中值粒徑為1～40微米，優選為3～20微米，更優選為3.5～15微米。

根據本申請一些實施例，所述硅氧顆粒團聚體的粒徑跨度為≤1.4，優選為≤1.35。

根據本申請一些實施例，所述硅氧顆粒團聚體的比表面積0.1～10m²/g，優選為0.3～6m²/g，更優選為0.5～2.7m²/g。