[發明專利]硅氧負極材料及其制備方法、二次電池用負極

在審

• 申請號: 202211325609.7
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN116072835A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 王志勇
• 申請（專利權）人: 湖南中科星城石墨有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;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: 黃亞茹

本申請涉及鋰電池領域，具體而言，涉及一種硅氧負極材料及其制備方法、二次電池用負極。將碳包覆一氧化硅與金屬材料熱處理，使所述碳包覆一氧化硅中至少部分一氧化硅與所述金屬材料反應生成硅酸鹽和硅單質，得到硅氧負極材料。硅酸鹽不具備嵌鋰能力，不僅可以抑制材料的體積膨脹，還能提高硅氧負極材料的首效。此外，金屬材料與一氧化硅的反應過程中，由于碳層的存在，碳層可以使該反應過程緩慢進行，避免生成大量的熱而導致硅晶粒尺寸偏大，較小的硅晶粒尺寸可使硅氧負極材料表現出較好的循環性能。

本申請是申請號為2020107355170，名稱為“硅氧負極材料及其制備方法、二次電池用負極”的申請文件的分案申請。

技術領域

本申請涉及鋰電池領域，具體而言，涉及一種硅氧負極材料及其制備方法、二次電池用負極。

背景技術

隨著新能源行業的快速發展，鋰離子電池要求具備更高的能量密度和循環壽命。硅氧負極材料容量為1500-1800mAh/g，且相對硅負極具有較低的體積膨脹(160％)，應用潛力較大。硅氧材料嵌鋰過程中形成的鋰硅氧化合物可以有效抑制體積膨脹，提高材料的循環壽命，但過量則會導致首效(電池的首次庫倫效率，簡稱“首效”)下降；目前商業化硅氧材料首效一般為75％。

現有的硅氧負極材料硅晶粒尺寸偏大，硅氧負極材料表現出較差的循環性能。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種硅氧負極材料及其制備方法、二次電池用負極，其旨在提高鋰電池負極材料的首效和循環性能。

本申請第一方面提供一種硅氧負極材料的制備方法，包括：

將碳包覆一氧化硅與金屬材料熱處理，使碳包覆一氧化硅中至少部分一氧化硅與金屬材料反應生成硅酸鹽和硅單質，得到硅氧負極材料。

采用金屬還原已經被碳包覆的一氧化硅，使至少一部分一氧化硅反應生成硅酸鹽，由于硅酸鹽不具備嵌鋰能力因此不僅可以抑制材料的體積膨脹，還能提高硅氧負極材料的首效；此外，金屬與一氧化硅的反應過程中，由于碳層的存在，碳層可以使該反應過程緩慢進行，避免生成大量的熱而導致硅晶粒尺寸偏大，較小的硅晶粒尺寸使硅氧負極材料表現出較好的循環性能。

在本申請第一方面的一些實施例中，金屬材料包括Mg、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、B、Al、Co及其合金中的至少一種。

在本申請第一方面的一些實施例中，金屬材料與所述碳包覆一氧化硅的質量比為1:5-9；

可選地，所述金屬材料與所述碳包覆一氧化硅的質量比為1:6.5-7.5。

在本申請第一方面的一些實施例中，所述將碳包覆一氧化硅與金屬材料熱處理的步驟包括：

將所述碳包覆一氧化硅與所述金屬材料在300～600℃下保溫1～10h；然后在850～1100℃下保溫0.5～10h；

可選地，將所述碳包覆一氧化硅與所述金屬材料在300～600℃下保溫1～10h，然后以5-20℃/min的升溫速率升溫至850～1100℃并保溫0.5～10h；

可選地，所述熱處理在壓力為1-140Pa的條件下進行；可選地，所述熱處理在壓力為8-30Pa的條件下進行。

在本申請第一方面的一些實施例中，所述將碳包覆一氧化硅與金屬材料熱處理的步驟之前還包括：

在一氧化硅外表包覆碳層以獲得所述碳包覆一氧化硅的步驟；

可選地，采用化學氣相沉積的方法在一氧化硅外表包覆碳層；

可選地，所述在一氧化硅外表包覆厚度為10-1000nm的碳層。

在本申請第一方面的一些實施例中，所述一氧化硅的粒徑分布為：