[发明专利]硅氧负极材料及其制备方法

说明书

本申请涉及电池负极材料技术领域，提供了一种硅氧负极材料、锂离子电池。所述硅氧负极材料具有核壳结构，包括内核，包覆于所述内核表面的中间层，以及包覆于所述中间层表面的外壳层；其中，所述内核的材料包括非晶质硅氧化物和硅微晶，且沿着内核中心到内核表层的方向，所述硅微晶的尺寸呈梯度增加；所述中间层的材料为碳化硅；所述外壳层包括碳层。具有该特征的负极内核材料，可以通过分布在非晶质硅氧化物主体材料中、且尺寸渐变的硅微晶，引导嵌锂过程中产生的巨大体积膨胀应力向外释放，从而抑制硅基负极材料体积膨胀，降低由此导致的不可逆容量增加，从而有效提高硅基负极材料的循环寿命。

技术领域

本申请属于电池负极材料技术领域，尤其涉及一种硅氧负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池是新一代最具竞争力的电池，被称为“绿色环保能源”，是解决当代环境污染问题和能源问题的首选技术。近年来，在高能电池领域中10锂离子二次电池已取得了巨大成功，但消费者仍然期望综合性能更高的电池面世，而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发。

负极材料氧化亚硅理论可逆容量达到2007mAh/g，其循环性能优异，是提高能量密度的关键负极材料。然而，普通氧化亚硅在反复嵌脱锂离子过程中，伴随剧烈的体积膨胀和收缩，晶体结构容易奔溃，颗粒破碎后不可逆物质增多，导致可逆容量不断降低，电池循环性能恶化。

发明内容

本申请的目的在于提供一种硅氧负极材料及其制备方法，以及一种锂离子电池，旨在解决现有的负极材料氧化亚硅在嵌脱锂过程中体积膨胀和收缩，导致可逆容量不断降低，电池循环性能恶化的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请第一方面提供一种硅氧负极材料，所述硅氧负极材料具有核壳结构，包括内核，包覆于所述内核表面的中间层，以及包覆于所述中间层表面的外壳层；

其中，所述内核的材料包括非晶质硅氧化物和硅微晶，且沿着内核中心到内核表层的方向，所述硅微晶的尺寸呈梯度增加；

所述中间层的材料为碳化硅；

所述外壳层包括碳层。

在一些实施例中，将所述内核表层的硅微晶的颗粒尺寸命名为D_out，将所述内核从所述表层起深度500nm处的硅微晶的颗粒尺寸命名为D_in，D_out和D_in满足：0≤D_in/D_out＜1。

在一些实施例中，所述内核的尺寸为：0.5μm≤D50≤20μm，D10/D50≥0.3，D90/D50≤2。

在一些实施例中，所述非晶质硅氧化物为SiO_x，1≤x≤1.3。

在一些实施例中，所述硅微晶的尺寸为1-10nm。

在一些实施例中，所述中间层的厚度为0.5-3nm。

在一些实施例中，所述外壳层的厚度为1-50nm。

在一些实施例中，所述硅氧负极材料的BET比表面积为1-10m²/g。

在一些实施例中，所述碳层由有机碳源经化学气相碳沉积或原位碳化制备得到。

在一些实施例中，所述碳层由包括有机碳源与硅基负极材料的原料固相或液相混合后，经原位碳化制备得到。

在一些实施例中，所述碳层的材料包括有机聚合物和导电剂。

本申请第二方面提供一种硅氧负极材料的制备方法，包括：

以氧化亚硅和碳源为原料，在动态保温条件下制得具有内核、中间层和外壳层的核壳结构，