[发明专利]负极材料及其制备方法、负极、具有该负极的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种负极材料，尤其涉及一种含有硅氧化物的负极材料。

本发明还涉及一种负极材料的制备方法。

本发明还涉及一种含有硅氧化物负极材料的负极。

本发明还涉及一种含有硅氧化物负极材料的电池。

背景技术

锂离子电池与传统的二次电池相比，具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应等优点，应用非常广泛。发展一种安全，低成本，高容量，循环性能稳定，快速充放电的锂离子电池是便携式电子设备和电动汽车的技术进步的迫切需求。

目前商用的锂离子电池负极材料为碳类负极材料，碳材料制成的负极材料已经接近石墨的理论容量372mAh/g，因此，大量的研究开始转向寻找可以替代碳材料的新型负极材料，其中硅因其具有极高的理论容量4200mAh/g和低嵌锂电位而被广泛研究，但是，由于硅的导电性能不佳，含有硅负极材料的电池在充放电过程中存在严重的体积效应，导致负极材料发生粉化、脱落并逐渐失去电接触，最终使得电池的循环性能很差。

针对上述问题，许多研究都在致力于改良硅基负极材料的导电性、体积效应等问题。

美国专利US20080261116A1公开了将硅颗粒沉积在碳材料表面的方法，利用含硅前躯体通过气相与碳材料接触并分解在碳材料表面形成硅颗粒涂层；US20080280207A1公开了在纳米尺寸的硅颗粒组成的连续薄膜表面，沉积碳纳米管制备锂离子电池的负极材料；但这些制备方法过程复杂，制备成本高，不适合于大规模生产。

发明内容

本发明旨在提供一种容量高、循环性能稳定、制备方法简单的负极材料。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种负极材料，所述负极材料至少包括硅氧化物SiO_x和碳材料，其中，1≤x≤2。

优选的，至少部分所述硅氧化物SiO_x为具有孔状结构的纳米颗粒。

优选的，所述硅氧化物SiO_x占所述负极材料的比重范围为5～70%，所述碳材料占所述负极材料的比重范围为30～95%。

优选的，所述负极材料还包括金属铜，所述金属铜占所述负极材料的比重范围为0.5～30%。

优选的，所述金属铜包覆于所述硅氧化物SiO_x，所述碳材料包覆于所述硅氧化物SiO_x和金属铜。

优选的，所述碳材料包括石墨烯和无序碳。

优选的，所述石墨烯占所述负极材料的比重范围为0.5～20%。

优选的，所述无序碳包覆于所述硅氧化物SiO_x和石墨烯。

优选的，所述硅氧化物SiO_x为纳米SiO₂；所述负极材料的颗粒形状为球状。

优选的，以所述球状纳米SiO₂/C负极材料的质量为基准，所述负极材料中所述纳米SiO₂的质量百分含量为40%～60%。

优选的，所述硅氧化物SiO_x为SiO_1.5，所述碳材料为石墨烯。

本发明还提供了一种负极，所述负极包括如上所述的负极材料。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极以及设于正极和负极之间的电解质，所述负极包括如上所述的负极材料。

本发明还提供了一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将碳材料前体溶解于第一溶剂，向溶解有碳材料前体的第一溶剂中加入硅氧化物SiO_x，其中，1≤x≤2，混合后加入第二溶剂，使碳材料前体包覆的硅氧化物SiO_x沉淀，将沉淀产物干燥后进行高温处理，获得碳材料包覆的硅氧化物SiO_x。

本发明还提供了一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将碳材料前体溶解于第一溶剂，向溶解有碳材料前体的第一溶剂中加入硅氧化物SiO_x和石墨烯，其中，1≤x≤2，混合后加入第二溶剂，使碳材料前体包覆的硅氧化物SiO_x和石墨烯沉淀，将沉淀产物干燥后进行高温处理，获得无序碳包覆的硅氧化物SiO_x和石墨烯。

本发明还提供了一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：