[发明专利]SiOx/锂硅酸盐复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，公开了一种SiO_x/锂硅酸盐复合材料及其制备方法和应用。SiO_x/锂硅酸盐复合材料包括内核和包裹在内核表面的外壳；所述内核为氧含量从核心至表面逐步增加的SiO_x，其中x=0.3~1；所述外壳为氧含量和锂含量从外壳表面至外壳内部逐渐降低的锂硅酸盐。通过在惰性气氛下煅烧SiO_x材料，对其进行预处理。预处理后的SiO_x材料和锂源在惰性气氛下高温固相烧结，得到SiO_x/锂硅酸盐复合材料。本发明提供的制备SiO_x/锂硅酸盐复合材料的工艺对原材料的要求较低，工艺中各项反应条件简单易控制，工艺流程短、成本低、产率高；包含前述SiO_x/锂硅酸盐复合材料作为负极的锂离子电池具有高的首次库伦效率、比容量以及优良的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种SiO_x/锂硅酸盐复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有比能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，在新能源汽车和储能领域具有很好的发展前景。然而，现有的石墨负极材料理论比容量低（仅有372mAhg^-1），难以满足下一代高能量密度锂离子电池的要求。硅材料作为下一代负极材料之一，具有理论比容量高（3579mAhg^-1）、反应电位适中（~0.4V）、资源丰富（地壳中第二丰富的元素）、绿色环保等优点，极具应用潜力。但是，硅材料在充放电过程中产生巨大的体积变化（~300%），导致颗粒粉化、活性物质脱落，破坏电极结构，难以形成稳定的固态电解质膜等问题，严重影响了其大规模应用。

SiO_x材料兼具硅材料优点的同时，具有更小的体积膨胀（~150%），但是SiO_x也面临首次库伦效率低、不可忽略的体积膨胀等问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的之一是提供一种SiO_x/锂硅酸盐复合材料，应用该复合材料作为负极的锂离子电池具有高的首次库伦效率和较高的比容量、优异的循环性能。本发明的另一目的是提供SiO_x/锂硅酸盐复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

首先，本发明提供一种SiO_x/锂硅酸盐复合材料，包括内核和包裹在内核表面的外壳；所述内核为氧含量从核心至表面逐步增加的SiO_x，其中x=0.3~1；所述外壳为氧含量和锂含量从外壳表面至外壳内部逐渐降低的锂硅酸盐。

在本发明的部分优选实施方式中，所述内核的尺寸为50nm~1μm。

在本发明的部分优选实施方式中，所述内核表面的氧含量C₁为35~47wt%，离内核表面0. 1~0. 2 R₁的内核内部的氧含量为0.85~0.95C₁，离内核表面0.25~0.35R₁的内核内部的氧含量为0.75~0.82C₁。

在本发明的部分优选实施方式中，所述外壳的厚度为20~100nm。

在本发明的部分优选实施方式中，所述外壳表面的氧含量C₂为48~53 wt%，锂含量C₃为8~15wt%；离外壳表面0.1~0.2R₂处的氧含量为0.93~0.98 C₂，锂含量为0.83~0.9C₃；离外壳表面0.15~0.4 R₂处的氧含量为为0.85~0.9C₂，锂含量为0.73~0.8C₃。