[发明专利]硅氧负极材料及其制备方法、二次电池用负极

说明书

本申请涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种硅氧负极材料及其制备方法、二次电池用负极。将碳包覆一氧化硅与金属材料热处理，使所述碳包覆一氧化硅中至少部分一氧化硅与所述金属材料反应生成硅酸盐和硅单质，得到硅氧负极材料。硅酸盐不具备嵌锂能力，不仅可以抑制材料的体积膨胀，还能提高硅氧负极材料的首效。此外，金属材料与一氧化硅的反应过程中，由于碳层的存在，碳层可以使该反应过程缓慢进行，避免生成大量的热而导致硅晶粒尺寸偏大，较小的硅晶粒尺寸可使硅氧负极材料表现出较好的循环性能。

技术领域

本申请涉及锂电池领域，具体而言，涉及一种硅氧负极材料及其制备方法、二次电池用负极。

背景技术

随着新能源行业的快速发展，锂离子电池要求具备更高的能量密度和循环寿命。硅氧负极材料容量为1500-1800mAh/g，且相对硅负极具有较低的体积膨胀(160％)，应用潜力较大。硅氧材料嵌锂过程中形成的锂硅氧化合物可以有效抑制体积膨胀，提高材料的循环寿命，但过量则会导致首效(电池的首次库伦效率，简称“首效”)下降；目前商业化硅氧材料首效一般为75％。

现有的硅氧负极材料硅晶粒尺寸偏大，硅氧负极材料表现出较差的循环性能。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种硅氧负极材料及其制备方法、二次电池用负极，其旨在提高锂电池负极材料的首效和循环性能。

本申请第一方面提供一种硅氧负极材料的制备方法，包括：

将碳包覆一氧化硅与金属材料热处理，使碳包覆一氧化硅中至少部分一氧化硅与金属材料反应生成硅酸盐和硅单质，得到硅氧负极材料。

采用金属还原已经被碳包覆的一氧化硅，使至少一部分一氧化硅反应生成硅酸盐，由于硅酸盐不具备嵌锂能力因此不仅可以抑制材料的体积膨胀，还能提高硅氧负极材料的首效；此外，金属与一氧化硅的反应过程中，由于碳层的存在，碳层可以使该反应过程缓慢进行，避免生成大量的热而导致硅晶粒尺寸偏大，较小的硅晶粒尺寸使硅氧负极材料表现出较好的循环性能。

在本申请第一方面的一些实施例中，金属材料包括Mg、Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、B、Al、Co及其合金中的至少一种。

在本申请第一方面的一些实施例中，金属材料与所述碳包覆一氧化硅的质量比为1:5-9；

可选地，所述金属材料与所述碳包覆一氧化硅的质量比为1:6.5-7.5。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述将碳包覆一氧化硅与金属材料热处理的步骤包括：

将所述碳包覆一氧化硅与所述金属材料在300～600℃下保温1～10h；然后在850～1100℃下保温0.5～10h；

可选地，将所述碳包覆一氧化硅与所述金属材料在300～600℃下保温1～10h，然后以5-20℃/min的升温速率升温至850～1100℃并保温0.5～10h；

可选地，所述热处理在压力为1-140Pa的条件下进行；可选地，所述热处理在压力为8-30Pa的条件下进行。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述将碳包覆一氧化硅与金属材料热处理的步骤之前还包括：

在一氧化硅外表包覆碳层以获得所述碳包覆一氧化硅的步骤；

可选地，采用化学气相沉积的方法在一氧化硅外表包覆碳层；

可选地，所述在一氧化硅外表包覆厚度为10-1000nm的碳层。

在本申请第一方面的一些实施例中，所述一氧化硅的粒径分布为：

D10：≥3μm；

D50：5-8μm；

D100：＜15μm。