[發明專利]一種硅氧材料、其制備方法及用途

有效

• 申請號: 202110778801.0
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113471440B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 裴大釗;林文佳;曾漢民;徐悅斌;何巍;劉金成
• 申請（專利權）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明公開了一種硅氧材料、其制備方法及用途。所述硅氧材料的制備原料包括摻雜元素M摻雜的Si單質，所述摻雜元素M包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。由于采用第三主族和/或第五主族的元素對Si單質進行摻雜，改變了硅單質的動力學性能，進而可以使Si單質在與SiO₂等原料氧化還原反應制備硅氧材料時，硅氧材料形成界面團簇混合模型，其中的Si元素具有導體屬性，從而使得到的硅氧材料具有較高的電導率。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，涉及一種硅氧材料、其制備方法及用途，尤其在于提供一種元素摻雜的硅氧材料、其制備方法及用途。

背景技術

鋰電池的四大主材為：正極、負極、隔膜和電解液，而正極材料和負極材料的離子電導率和電子電導率對鋰電池的功率密度具有決定性影響。負極材料的離子電導率和電子電導率低于正極材料，所以負極材料為鋰電池提升功率密度的短板，決定鋰電池的功率密度。

硅氧材料具有約2500mAh/g的理論克容量已經成功應用在鋰離子電池的負極材料中，但是硅材料為半導體，離子電導率和電子電導率都差于石墨材料。因此硅氧材料的動力學性能差于石墨，在快充過程中會導致硅氧材料表面析鋰。為了改善硅氧材料的電導率，可以在硅氧材料表面包覆碳層。

例如CN105958036A公開了一種鋰離子電池的碳包覆硅負極材料的制備方法，包括以下步驟：先將硅粉進行液相分散，接著與第一碳包覆層和分散劑一起分散；除去溶劑，將得到的固體材料進行高溫碳化處理，得到初級碳包覆硅負極材料；制備第二碳包覆材料的分散液，將初級碳包覆硅材料分散到第二碳包覆材料的分散液中，再除去溶劑并進行二次焙燒得到二次碳包覆硅負極材料。碳層的主要目的為：降低硅氧材料的嵌鋰勢壘，提升硅氧材料的動力學性能，但是碳包覆層不能提升硅氧材料中硅單質的動力學性能。

CN 109768246A公開了一種用于鋰離子電池的納米硅復合陽極材料，其制備方法包括以下步驟：B1、以含有SiO_x相的固體顆粒為基體，以Mg/Li/Na/K/Ca/Sr/Ba/Ti/Zr/B/Al/Co單質、合金或固溶體為摻雜原料，將摻雜原料加熱到200℃-700℃，使摻雜原料升華，形成摻雜蒸汽；B2、將含有SiO_x相的固體顆粒加入到反應器中，在真空條件下或者氬氣流攜帶下，將摻雜蒸汽通入到反應器中，加熱反應器到500-800℃，使得摻雜蒸汽與含有SiOx相的固體顆粒接觸并發生氣固反應；B3、氣固反應0.5-24h后，停止通入摻雜蒸汽，在惰性氣體保護下將反應后的固體顆粒轉移至新的腔室，壓力控制在0.8-2.0atm，在800℃-1100℃下熱處理2-8h，同時通入氣體碳源進行CVD包覆；B4、包覆完成后，冷卻至室溫，取出物料，解聚過篩得到粉末產品。但是，無法提升硅氧材料的電導率。

因此，有必要提供一種改善硅單質的動力學性能，進而改善硅基負極電導率的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種硅氧材料、其制備方法及用途，尤其在于提供一種元素摻雜的硅氧材料、其制備方法及用途。本發明的硅氧材料具有較高的電導率，提高了采用其作為負極活性物質的鋰離子電池的電化學性能。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種硅氧材料，尤其是一種元素摻雜的硅氧材料，所述硅氧材料的制備原料包括摻雜元素M摻雜的Si單質，所述摻雜元素M包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。

本發明的硅氧材料，由于采用第三主族和/或第五主族的元素對Si單質進行摻雜，改變了硅單質的動力學性能，進而可以使Si單質在與SiO₂等原料氧化還原反應制備硅氧材料時，硅氧材料形成界面團簇混合模型，其中的Si元素具有導體屬性，從而使得到的硅氧材料具有較高的電導率。