[發明專利]一種硅氧復合負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210758576.9
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115117332A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 胡鵬飛;馬勇;鄭軍華;胡濤;周經緯;鄔素月
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;H01M4/13;H01M4/134;H01M4/38;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 韓承志

本發明提供一種硅氧復合負極材料及其制備方法和應用。所述硅氧復合負極材料包括二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料；所述二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料的質量比為(5?9):(0.5?5):(0.1?1.6)。本發明提供的硅氧復合負極材料不僅能夠改善在充放電過程中材料的體積膨脹問題，還能提高材料的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于負極材料技術領域，具體涉及一種硅氧復合負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著3C產品的高速迭代和新能源汽車的快速發展，人們對高能量密度和長循環壽命的鋰離子電池的需求與日俱增。石墨作為常用的負極材料之一，其理論克容量僅為372mAh/g，目前已難以滿足人們對高能量密度鋰離子電池的需求，進而不斷推動負極材料向高理論比容量的方向發展。

其中，硅材料具有較高的理論克容量(～4200mAh/g)，是最有可能取代石墨的負極材料之一。但其在充放電過程中會產生較大的體積變化和巨大的應力，因此造成材料粉末化、SEI膜不穩定以及活性材料脫落等一系列問題，導致電池的首次庫倫效率低和循環穩定性較差，限制了硅材料在鋰離子電池中的進一步應用。

硅氧基材料(SiO_x，0＜X＜2)作為一種高比容量的硅基負極材料，在初始嵌鋰過程中，產生了電化學惰性的Li₂O和Li₄SiO₄，它們雖然可以作為緩沖物質來緩解電極材料的體積變化，一定程度上能夠提高電極材料的循環穩定性。然而，與硅負極材料類似，SiO_x負極也存在離子/電子導電性差和體積膨脹率高的問題。

因此，在本領域中，期望開發一種結構穩定的硅氧基負極材料，其不僅具有較高的離子電導率和電子導電率，同時具有較小的體積膨脹率。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種硅氧復合負極材料及其制備方法和應用。本發明提供的硅氧復合負極材料(簡稱為SiO_x^.MO_y-Si-C，其中C表示碳材料)不僅能夠改善在充放電過程中材料的體積膨脹問題，還能提高材料的循環穩定性。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種硅氧復合負極材料，所述硅氧復合負極材料包括二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料；所述二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料的質量比為(5-9):(0.5-5):(0.1-1.6)。

在本發明中，所述二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料的質量比為(5-9):(0.5-5):(0.1-1.6)，例如可以為5:0.5:0.1、5:2:0.5、6:3:0.8、7:4:0.5、9:5:1.6，出于篇幅的考慮，上述范圍內的點值不再一一列舉。

在本發明中，所述二氧化硅和金屬氧化物的復合物的化學式為SiO_x^.MO_y，其中x的取值范圍為1＜x＜2，y的取值范圍為2≤y≤3，M選自Ti、Al、Sn或Zn中的至少一種。

本發明通過采用特定質量比例的二氧化硅和金屬氧化物的復合物、納米硅和碳材料制備得到硅氧復合負極材料，能夠將非活性SiO₂相轉化為活性SiO_x。交聯的碳材料和均勻混合的金屬氧化物能夠提供多維電子和離子導電網絡，有效提升鋰離子和電子的傳輸，并且能夠優化材料結構的穩定性。傳統硅氧負極材料具有導電性差和體積膨脹較高的缺點，與其相比，本發明提供的硅氧復合負極材料實現了高比容、優良導電性能和良好機械結構穩定性的平衡。