[发明专利]一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池。该氧化亚硅复合材料的制备方法其包括如下步骤：将混合物料进行造粒、煅烧即可；其中，混合物料为金属氧化物与碳源混合的预混料和氧化亚硅的混合物；预混料的D50粒径≤5nm；混合物料的D50粒径≤100nm；混合物料的粒径大于预混料的粒径；金属氧化物包括钛酸锂、五氧化二铌和五氧化二钒中的一种或者多种。本发明制备方法生产成本低、生产安全性高、操作方便，易于大规模量产使用；所制得的氧化亚硅复合材料具有更低的膨胀率，在用于电池后，能够保证电池的电容量，且具有更优的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池。

背景技术

硅最大理论比容量可以达到4200mAh/g，而硅负极材料迟迟未能实现大范围的商业化应用，是因为在具备诸多优势的同时，硅负极材料同样具有若干劣势。首先，硅负极材料在充放电过程中会经历高达300％以上的体积变化，如此高的体积膨胀收缩，易导致电极材料粉碎，与集流体、电极导电网络脱离接触，同时体积变化带来新表面的产生，需要形成新的固体-电解质界面(SEI)从而导致对电解液的大量消耗，进而导致循环寿命的大幅度降低。另一方面，硅的电导率、锂离子扩散速度均低于石墨，这将限制硅在大电流大功率条件下的性能表现。

氧化亚硅理论比容量大于2000mAh/g，虽然容量比硅有所降低，但其循环性能却大大提高，其原因是氧化亚硅在首次充放电过程中锂离子与硅氧材料反应生成Li₂O以及Li₂SiO₄，可以有效缓解负极材料的体积膨胀，但在充放电过程中会体积变化依然经历200wt％，正常的石墨膨胀约为10％；而氧化亚硅与石墨复合后的材料在充放电的膨胀、收缩后，石墨与氧化亚硅将由最开始的面接触转变为点接触，从而导致氧化亚硅失去电接触而失活，这也是以硅碳材料作为电极材料的电池循环性能衰减较快的原因之一。

目前，商业化的氧化亚硅复合负极材料一般进行碳包覆和/或与零应变材料复合，以改善电极材料粉碎，避免氧化亚硅材料直接与电解液接触，从而改善了电池的循环性能：

例如现有技术CN111170364A公开了碳包覆硅基钛铌复合材料、其制备方法及锂离子电池，其以钛源和铌源为原料进行第一煅烧过程，之后再将硅源、第一煅烧产物与碳源混合进行第二煅烧过程；采用二次煅烧方法制得的碳包覆硅基钛铌复合材料在充放电过程中具有较小的体积效应，作为锂离子电池的负极材料后，首次放电克容量虽然能够达到1000mAh/g以上，但是50次循环后克容量仅能保持在400mAh/g以下，容量保持率仅为40％。

因此，针对上述问题，本领域亟需一种能够改善氧化亚硅膨胀收缩的电极材料，将该电极材料作为电池的负极材料后，能够在保证电池的电容量同时进一步改善电池的循环性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中氧化亚硅复合材料仍然存在膨胀收缩引起的体积变化问题，导致后续应用电池后，电池循环性能衰减较快的缺陷，而提供一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、应用、锂离子电池。由本申请的制备方法制得的氧化亚硅复合材料不仅能够改善电池的循环性能，而且能够保证电池的电容量。

本发明是通过以下方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种氧化亚硅复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

将混合物料进行造粒、煅烧即可；其中，所述混合物料为金属氧化物与碳源混合的预混料和氧化亚硅的混合物；

所述预混料的D50粒径≤5nm；所述混合物料的D50粒径≤100nm；所述混合物料的粒径大于所述预混料的粒径；

所述金属氧化物包括钛酸锂、五氧化二铌和五氧化二钒中的一种或者多种。