[发明专利]一种氧化亚硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧化亚硅负极材料及其制备方法，包括碳包覆层，和被碳包覆层包覆的SiOsubgt;x/subgt;/C材料，SiOsubgt;x/subgt;/C材料内部均匀分布有空位，空位内部含有Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;颗粒；负极材料中SiOsubgt;x/subgt;含量为70‑95wt％，C含量为3‑25wt％，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;含量为0.2‑5wt％；负极材料平均粒径为2‑30μm，比表面积为1‑15msupgt;2/supgt;/g。本发明制备的氧化亚硅负极材料制备成本低，材料内外结构均一，具有较高的比容量和良好的循环稳定性；颗粒内的Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;在充放电过程中形成具有良好锂离子导电能力的偏铝酸锂，促进离子在颗粒内部的迁移，提高SiOsubgt;x/subgt;的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，特别涉及一种氧化亚硅负极材料及其制备方法。

背景技术

随着新能源技术的发展，锂离子电池由于具有高比容量、高效率等优点，被广泛应用于各种设备中。其中，手机等移动设备及新能源汽车对于长续航的要求越来越高，因此这对电池的高比容量进一步提出了挑战。在众多负极材料中，硅(Si)负极由于其高比容量、较低的电压平台特点，被广泛关注。但是其脱嵌锂过程中会产生极大的体积变化，导致电池的循环性能较差。与单质Si相比，氧化亚硅(SiO_x，0x2)在充放电过程中具有更出色的结构稳定性，因而具有更优异的循环稳定性，是目前最有潜力的负极材料之一。目前商业上生产SiO_x负极基本全部采用高温真空气化法(火法)制备。在高温(＞1500℃)且高真空度下将单质Si和SiO₂蒸汽以一定比例均匀混合后，经过冷凝获得SiOx材料。然而，该制备工艺能耗和成本高，严重限制SiO_x材料的规模化应用。

针对上述情况，学术界和产业界正积极探索低成本制备高性能SiO_x材料工艺。其中，湿化学法由于具有工艺简单、能耗小、一致性高等优点，被看作最具产业化前景的SiO_x制备工艺之一。湿化学法的核心工艺步骤包括原浆调配、干燥和煅烧。在煅烧过程中，SiO₂和碳发生氧化还原反应生成活性SiO_x材料。然而，SiO₂的碳热还原反应需要在接近2000℃下反应，过高的煅温度导致能耗太高，不利于规模化生产。以金属单质为还原剂能有效降低还原温度，但金属单质在在原浆配置过程中因容易与水和有机溶剂发生反应造成损耗，无法在原浆合成过程中加入。目前普遍将干燥后得到的前驱体材料和金属单质混合，在热处理过程中，只有SiO₂表层与金属单质接触并发生还原反应，造成还原不充分和颗粒内外成分不均，降低SiO_x材料电化学性能。因此液相法直接制备的SiO_x材料大多具有较高氧含量导致首效及容量低，目前大多停留在实验室阶段。

发明内容

本发明提供一种氧化亚硅负极材料及其制备方法，以解决现有技术中湿化学法制备氧化亚硅负极材料反应不均匀、难以反应至内部等技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种氧化亚硅负极材料，包括碳包覆层，和被碳包覆层包覆的SiO_x/C材料，SiO_x/C材料内部均匀分布有空位，空位内部含有Al₂O₃颗粒；负极材料中SiO_x含量为70-95wt％，C含量为3-25wt％，Al₂O₃含量为0.2-5wt％；负极材料平均粒径为2-30μm，比表面积为1-15m²/g。