[發明專利]一種多孔導電硅氧材料及其制備方法與鋰離子電池

在審

• 申請號: 202110288201.6
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113044828A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 梁世碩;高一琳;李冰
• 申請（專利權）人: 昆山寶創新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;C01B33/113;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本申請實施例提供一種多孔導電硅氧材料及其制備方法與鋰離子電池，涉及電池材料領域。多孔導電硅氧材料中的SiO_x顆粒具有相互交聯貫通的孔道，孔道自內部延伸至表面并形成多個開口，碳包覆層包覆于SiO_x顆粒表面。制備方法主要是采用十六烷基三甲基溴化銨作為造孔劑在SiO_x體系中形成膠束，高溫反應使SiO_x體系成為SiO_x顆粒，其中的膠束對應形成相互交聯貫通的孔道；在SiO_x顆粒表面進行碳包覆形成碳包覆層。該多孔導電硅氧材料用作鋰離子電池負極活性材料可有效緩沖充放電過程中的體積變化，提升電池的倍率性能及循環壽命；該制備方法簡單、環境友好，適合大規模生產。

技術領域

本申請涉及電池材料領域，具體而言，涉及一種多孔導電硅氧材料及其制備方法與鋰離子電池。

背景技術

隨著市場對高能量密度鋰離子電池的需求不斷提高，要求電池正負極材料具有高比容量。Si基負極材料(包括Si、SiO_x等)具有相對于石墨負極三倍以上的質量比容量，其幾乎被認為在能量密度300wh/kg以上的鋰離子電池中不可或缺。但現有的Si基負極材料存在體積膨脹大及電導率差的問題，其作為鋰離子電池負極材料會導致鋰離子電池的循環壽命及倍率性能差強人意。

為了解決上述問題，研究機構又陸陸續續發現出一些多孔Si基負極材料。例如，中國發明專利CN103022446B公開了一種鋰離子電池負極材料，其內核為石墨材料，中間層為納米孔結構的多孔硅氧材料，最外包覆層為有機物熱解碳，這種三層復合材料的核心是石墨材料，存在比容量低的缺陷，而且制備時造孔需要在酸性溶液中浸泡，除去金屬氧化物，而酸溶液會對環境造成污染。中國發明專利CN110854377A公開了一種多孔氧化亞硅復合材料，其內核為硅，中間層為氧化亞硅及分散在氧化亞硅中的金屬硅酸鹽，外層為碳包覆層，這種三層復合材料是通過加入水溶性鹽在二次造粒過程中造孔，但其中的一次顆粒依然為微米或亞微米級的實體，脫嵌鋰過程中因體積膨脹導致顆粒破裂現象不可避免。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種多孔導電硅氧材料及其制備方法與鋰離子電池，該多孔導電硅氧材料用作鋰離子電池負極活性材料可有效緩沖充放電過程中的體積變化，提升電池的倍率性能及循環壽命；該制備方法簡單、環境友好，適合大規模生產。

第一方面，本申請實施例提供了一種多孔導電硅氧材料，其包括SiO_x顆粒和碳包覆層，其中0x2，SiO_x顆粒具有相互交聯貫通的孔道，孔道自SiO_x顆粒的內部延伸至SiO_x顆粒的表面并在表面形成多個開口，碳包覆層包覆于SiO_x顆粒表面。

在上述技術方案中，一方面，SiO_x顆粒的內部具有相互交聯貫通的孔道，該多孔導電硅氧材料用作鋰離子電池負極活性材料時，多孔結構可以緩沖鋰離子脫嵌過程中的體積變化，提升電池的循環壽命；另一方面，SiO_x顆粒表面包覆有碳包覆層，導電的碳包覆層提升了材料的導電性，進一步提升了電池的倍率性能。

在一種可能的實現方式中，SiO_x顆粒內部的至少部分孔道內具有導電碳材料。

在上述技術方案中，SiO_x顆粒制備過程中孔道會殘留導電碳材料，提升顆粒內部的導電性，進而提升電池的倍率性能，而且導電碳材料不會完全堵住SiO_x顆粒內部孔道，保證電解液可以浸潤SiO_x顆粒內部。

在一種可能的實現方式中，多孔導電硅氧材料的粒徑為30nm～20μm；

和/或，碳包覆層的厚度為1～200nm；

和/或，SiO_x顆粒的孔隙率為5％～70％。