[发明专利]一种多孔导电硅氧材料及其制备方法与锂离子电池

说明书

本申请实施例提供一种多孔导电硅氧材料及其制备方法与锂离子电池，涉及电池材料领域。多孔导电硅氧材料中的SiO_x颗粒具有相互交联贯通的孔道，孔道自内部延伸至表面并形成多个开口，碳包覆层包覆于SiO_x颗粒表面。制备方法主要是采用十六烷基三甲基溴化铵作为造孔剂在SiO_x体系中形成胶束，高温反应使SiO_x体系成为SiO_x颗粒，其中的胶束对应形成相互交联贯通的孔道；在SiO_x颗粒表面进行碳包覆形成碳包覆层。该多孔导电硅氧材料用作锂离子电池负极活性材料可有效缓冲充放电过程中的体积变化，提升电池的倍率性能及循环寿命；该制备方法简单、环境友好，适合大规模生产。

技术领域

本申请涉及电池材料领域，具体而言，涉及一种多孔导电硅氧材料及其制备方法与锂离子电池。

背景技术

随着市场对高能量密度锂离子电池的需求不断提高，要求电池正负极材料具有高比容量。Si基负极材料(包括Si、SiO_x等)具有相对于石墨负极三倍以上的质量比容量，其几乎被认为在能量密度300wh/kg以上的锂离子电池中不可或缺。但现有的Si基负极材料存在体积膨胀大及电导率差的问题，其作为锂离子电池负极材料会导致锂离子电池的循环寿命及倍率性能差强人意。

为了解决上述问题，研究机构又陆陆续续发现出一些多孔Si基负极材料。例如，中国发明专利CN103022446B公开了一种锂离子电池负极材料，其内核为石墨材料，中间层为纳米孔结构的多孔硅氧材料，最外包覆层为有机物热解碳，这种三层复合材料的核心是石墨材料，存在比容量低的缺陷，而且制备时造孔需要在酸性溶液中浸泡，除去金属氧化物，而酸溶液会对环境造成污染。中国发明专利CN110854377A公开了一种多孔氧化亚硅复合材料，其内核为硅，中间层为氧化亚硅及分散在氧化亚硅中的金属硅酸盐，外层为碳包覆层，这种三层复合材料是通过加入水溶性盐在二次造粒过程中造孔，但其中的一次颗粒依然为微米或亚微米级的实体，脱嵌锂过程中因体积膨胀导致颗粒破裂现象不可避免。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种多孔导电硅氧材料及其制备方法与锂离子电池，该多孔导电硅氧材料用作锂离子电池负极活性材料可有效缓冲充放电过程中的体积变化，提升电池的倍率性能及循环寿命；该制备方法简单、环境友好，适合大规模生产。

第一方面，本申请实施例提供了一种多孔导电硅氧材料，其包括SiO_x颗粒和碳包覆层，其中0x2，SiO_x颗粒具有相互交联贯通的孔道，孔道自SiO_x颗粒的内部延伸至SiO_x颗粒的表面并在表面形成多个开口，碳包覆层包覆于SiO_x颗粒表面。

在上述技术方案中，一方面，SiO_x颗粒的内部具有相互交联贯通的孔道，该多孔导电硅氧材料用作锂离子电池负极活性材料时，多孔结构可以缓冲锂离子脱嵌过程中的体积变化，提升电池的循环寿命；另一方面，SiO_x颗粒表面包覆有碳包覆层，导电的碳包覆层提升了材料的导电性，进一步提升了电池的倍率性能。

在一种可能的实现方式中，SiO_x颗粒内部的至少部分孔道内具有导电碳材料。

在上述技术方案中，SiO_x颗粒制备过程中孔道会残留导电碳材料，提升颗粒内部的导电性，进而提升电池的倍率性能，而且导电碳材料不会完全堵住SiO_x颗粒内部孔道，保证电解液可以浸润SiO_x颗粒内部。

在一种可能的实现方式中，多孔导电硅氧材料的粒径为30nm～20μm；

和/或，碳包覆层的厚度为1～200nm；

和/或，SiO_x颗粒的孔隙率为5％～70％。