[发明专利]硅氧碳复合负极材料及其制备方法、包含其的锂电池

说明书

本发明公开一种硅氧碳复合负极材料及其制备方法、包含其的锂电池，硅氧碳复合负极材料包括软碳与歧化硅氧材料的混合物，利用其所制备的电池能量密度高、首效和稳定性好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种硅氧碳复合负极材料及其制备方法、包含其的锂电池。

背景技术

能源和环境问题一直是社会发展中备受关注的热点问题。锂离子电池凭借高工作电压、高能量密度、长寿命、环境友好等优点被广泛应用于3C产品、电动工具、电动汽车等领域。其中随着电动汽车续航里程的延长，人们对锂离子电池能量密度提出了更高要求。开发高容量的正负极材料刻不容缓。其中单质硅负极由于其高达3580mAh/g的常温理论比容量备受关注，被认为是非常具有潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但单质硅锂化阶段会产生超过300%的体积膨胀，导致一系列结构破碎以及容量衰减等问题。硅基材料中另一分支氧化亚硅材料，因较小的体积变化和较高的比容量成为实用化进程的一员猛将。

基于氧化亚硅材料的界面团簇混合模型结构，氧化亚硅材料锂化产物包括锂硅合金，硅酸锂和氧化锂；去锂化阶段，部分硅酸锂（和氧化锂）无法脱锂。在后期的反应中，电化学惰性成分维持稳定，活性Si则发生反复的脱嵌锂反应。氧化亚硅材料固有的锂化特性使得其首圈库伦效率较低，影响实际应用，且仍然存在较大的体积变化，恶化电池循环性能。

相关技术中，利用碳材料和硅材料复合的方式来提高电池的能量密度，但由于忽略了碳材料和硅材料在锂化过程中造成的锂离子浓度梯度的异常，异常是指，在硅氧石墨复合材料中，硅氧材料首先达到锂化电位，此时锂离子从硅氧外部向内部扩散，而当这种扩散并没有完成时，石墨组分开始锂化，锂离子从石墨外部向内部扩散，在石墨与硅氧界面处，对硅氧而言，该过程为内部向外部扩散。硅氧与石墨二者在锂化时的锂离子浓度梯度不同步，这种异常抑制硅氧的后续锂化使得容量发挥受限，不利于电池的容量保持率以及能量密度的提升。因此，所得到的负极材料首效和稳定性差，且电池的能量密度仍有待提升。

发明内容

有鉴于此，本申请提供硅氧碳复合负极材料及其制备方法、包含其的锂电池，所制备的电池能量密度高、首效和循环稳定性好、容量保持率高。

为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种硅氧碳复合负极材料，包括软碳与歧化硅氧材料的混合物。

优选的，软碳包括不同取向的类石墨微晶，类石墨微晶包括若干个类石墨层，相邻类石墨层的层间距大于等于0.34nm。

优选的，软碳的ID/IG值大于等于0.8。

优选的，软碳的脱欠锂电位为1.2-0V，其中，1.2-0.5V：贡献25%的斜坡容量；1.2-0.3V：贡献50%的的斜坡容量；1.2-0.15V：贡献75%的斜坡容量。

优选的，歧化硅氧材料包括若干尺寸小于等于5nm的硅纳米晶畴。

第二方面，本申请提供一种硅氧碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：将软碳与歧化硅氧材料充分混合，即得硅氧碳复合负极材料。

优选的，软碳的制备方法如下：以焦煤油沥青为原料，于惰性气氛下碳化，而后研磨，即得软碳，碳化温度为1500-2000℃，碳化保温时间为1-8h。

优选的，在惰性气氛碳化步骤之前，还包括在空气气氛中加热保温。

优选的，歧化硅氧材料的制备方法如下：将微米级氧化亚硅材料于惰性气氛中煅烧歧化，即得歧化硅氧材料，煅烧歧化温度为900-1200℃，煅烧歧化保温时间为0.5-2h。

第三方面，本申请提供一种包括硅氧碳复合负极材料的锂电池。