[发明专利]具有核壳结构的硅氧颗粒及其制备方法、负极材料、电池

说明书

本申请提供一种具有核壳结构的硅氧颗粒，包括：内核颗粒，包括硅氧化合物基质及单质纳米硅颗粒，所述内核颗粒中硅氧含量摩尔比如下：氧元素/硅元素＝X，0.5≤X≤1.5；碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒，构成具有核壳结构的硅氧颗粒；碳层，包覆所述具有核壳结构的硅氧颗粒。该种硅氧颗粒用于电池，具有低膨胀率、较长循环寿命、高容量、高库伦效率等特点。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体地，涉及具有核壳结构的硅氧颗粒及其制备方法、负极材料、电池。

背景技术

由于近年来各种便携式电子设备、电动汽车以及储能系统的快速发展和广泛应用，对于能量密度高、循环寿命长的锂离子电池的需求日益迫切。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要为石墨，但由于理论容量低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。由于硅负极材料具有其它负极材料无法匹敌的高容量优势，近些年来成为了研发热点，并逐渐从实验室研发走向商业应用。其中，单质硅负极材料在嵌脱锂过程中存在严重的体积效应，体积变化率约为300％，会造成电极材料粉化以及电极材料与集流体分离。另外，由于硅负极材料在电池充放电过程中不断地膨胀收缩而持续破裂，产成的新鲜界面暴露于电解液中会形成新的SEI膜，从而持续消耗电解液，降低了电极材料的循环性能。针对单质硅类负极的上述问题，科研人员采用了硅氧化合物作为电池的负极材料。硅氧化合物的理论容量约为1700mAh/g，虽然其容量低于单质硅负极材料，但其膨胀率和循环稳定性均有明显优势，相比单质硅来说更易实现工业化应用。然而，相比于传统的石墨负极材料，硅氧化合物仍存在膨胀较大，在电池中形成的SEI不稳定，循环稳定性略差等技术难题。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不代表本领域的现有技术。

发明内容

本申请提供一种具有核壳结构的硅氧颗粒，该种硅氧颗粒用于电池，具有低膨胀率、较长循环寿命、高容量、高库伦效率等特点。

根据本申请一个方面，所述具有核壳结构的硅氧颗粒包括：内核颗粒，包括硅氧化合物基质及单质纳米硅颗粒，所述内核颗粒中硅氧含量摩尔比如下：氧元素/硅元素＝X，0.5≤X≤1.5，优选为0.8≤X≤1.2；更优选地，0.9≤X≤1.1；碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒，构成具有核壳结构的硅氧颗粒；碳层，包覆所述具有核壳结构的硅氧颗粒。

根据本申请一些实施例，所述内核颗粒的中值粒径为为0.05～20微米，优选为0.3～15微米，更优选为3～10微米。

根据本申请一些实施例，所述内核颗粒的粒径跨度为≤2.0，优选为≤1.5，更优选为≤1.0。

根据本申请一些实施例，所述单质纳米硅颗粒，均匀分散于所述硅氧化合物基质中。

根据本申请一些实施例，所述单质纳米硅颗粒中值粒径为0.1～20纳米，优选为0.3～10纳米。

根据本申请一些实施例，所述碳化硅壳层厚度为1～200纳米，优选为8～100纳米，更优选为10～80纳米。

根据本申请一些实施例，所述碳层厚度为1～2000纳米，优选为3～500纳米，更优选为5～200纳米。

根据本申请一些实施例，所述碳层对于所述硅氧颗粒的质量占比为0.1～15wt％，优选为0.5～10wt％，更优选为1～5wt％。

根据本申请一些实施例，所述硅氧颗粒的比表面积为0.1～20m²/g，优选为0.8～10m²/g，更优选为1～7m²/g。

根据本申请一些实施例，所述硅氧颗粒的振实密度≥0.4g/cm³，优选为≥0.7g/cm³，更优选为≥0.9g/cm³。