【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及電池材料，具體涉及一種硅氧負極材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、近年來，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。其中新能源汽車、電子信息、3c通訊等新領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池提出了更高能量密度和更高安全性的要求。隨著高比容量、高電壓等正極材料的研發(fā)突破，傳統(tǒng)石墨類負極材料已經(jīng)無法滿足下一代鋰離子電池的性能要求，容量更高、性能更優(yōu)的負極材料亟待研發(fā)。
2、硅基負極材料具有比石墨類負極材料更高的理論比容量，作為一種硅基負極材料，硅氧化物(siox)具有較小的體積膨脹率和較高的理論比容量，而且成本低廉、原料儲量豐富，因此被認為是一種極具應(yīng)用前景的負極材料。然而與傳統(tǒng)的石墨負極相比，硅氧負極材料的首次庫倫效率較低，同時電池循環(huán)性能不佳，限制了硅氧負極材料的大規(guī)模應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、鑒于此，為了解決以上技術(shù)問題中的至少之一，本申請?zhí)峁┝艘环N硅氧負極材料。
2、另，本申請還提供了一種硅氧負極材料的制備方法。
3、本申請實施例提供了一種硅氧負極材料，該硅氧負極材料包括硅氧負極材料基體和包覆于所述硅氧負極材料基體表面的無定形碳相，所述硅氧負極材料基體包括：硅氧化物相、多個納米級合金相顆粒以及納米級硅相，其中，所述硅氧化物相作為母體相，多個所述納米級硅合金相顆粒分散于所述硅氧化物相中，所述納米級硅相呈網(wǎng)狀分布于所述硅氧化物相并包裹每個所述納米級合金相顆粒，所述無定形碳相具有多個孔隙結(jié)構(gòu)。
4、在一些可能的實施例中，所述納米級合金相顆粒為aa
5、在一些可能的實施例中，所述納米級合金相顆粒在所述硅氧負極材料中的含量為1wt％～10wt％。
6、在一些可能的實施例中，所述納米級合金相顆粒的晶粒尺寸為5～50nm，任意相鄰兩個所述納米級合金相顆粒之間的距離為3～20nm，所述納米級硅相的晶粒尺寸為0.5～2nm。
7、在一些可能的實施例中，所述硅氧化物相包括氧化亞硅和二氧化硅中的至少一種。
8、本申請實施例還提供了一種硅氧負極材料的制備方法，該制備方法包括以下步驟：
9、將硅、硅氧化物、第一金屬材料和第二金屬材料進行混合，得到混合物；
10、將粘結(jié)劑加入所述混合物中混合并進行制團處理，得到混合物團；
11、加熱所述混合物團，使所述混合物團中的物質(zhì)升華，并在收集裝置內(nèi)冷卻沉積，得到硅氧前驅(qū)體；以及
12、將所述硅氧前驅(qū)體置于加熱裝置中，并通入碳源氣體進行加熱，以在所述硅氧前驅(qū)體的表面沉積形成無定型碳相，得到所述硅氧負極材料。
13、在一些可能的實施例中，在所述加熱所述混合物團的步驟中，所述加熱的過程包括依次進行的第一段加熱、第二段加熱和第三段加熱；所述第一段加熱為以5～10℃/min的升溫速度將溫度升至400～500℃并保溫20～30min；所述第二段加熱為以8～10℃/min的升溫速度將溫度升至900～1200℃并保溫20～30min；所述第三段加熱為以5～8℃/min的升溫速度將溫度升至1450～1550℃并保溫4～6h。
14、在一些可能的實施例中，所述第一金屬材料包括堿金屬元素及其對應(yīng)的化合物、堿土金屬元素及其對應(yīng)的化合物、以及半金屬元素及其對應(yīng)的化合物中的至少一種，所述第二金屬材料包括過渡金屬元素及其對應(yīng)的化合物中的至少一種。
15、在一些可能的實施例中，所述第一金屬材料和所述第二金屬材料的總質(zhì)量為所述硅氧化物與所述硅的總質(zhì)量的3％～10％；所述第一金屬材料和所述第二金屬材料中金屬元素的質(zhì)量比為0.17～1.50；所述硅氧化物和所述硅的質(zhì)量比為1.9～2.4。
16、在一些可能的實施例中，所述粘結(jié)劑包括水玻璃、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯以及環(huán)氧樹脂中的至少一種；所述粘結(jié)劑與所述混合物的質(zhì)量百分比為0.2％～1％。
17、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請實施例提供的硅氧負極材料，在硅氧負極材料基體中，納米級合金相顆粒均勻分散在作為母體的硅氧化物相，同時，納米級硅相呈網(wǎng)狀分布于硅氧化物相并包裹每個納米級合金相顆粒，即形成硅相-合金相的納米級耦合結(jié)構(gòu)彌散分布于硅氧化物相中，提高了硅氧負極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有效緩解了硅氧負極材料在電池循環(huán)過程中的體積膨脹效應(yīng)，提高了硅氧負極材料的容量保持率，而且納米級硅相與納米級合金相顆粒的引入還能有效提高硅氧負極材料的首次庫倫效率；硅氧負極材料基體表面的無定形碳相與硅相-合金相的納米級耦合結(jié)構(gòu)組成了有效的鋰離子傳輸通道，加速了鋰離子在硅氧負極材料內(nèi)的傳輸速率。另外，本申請實施例提供的硅氧負極材料制備方法工藝簡單、成本低廉、易實現(xiàn)機械化和自動化，有利于硅氧負極材料的大規(guī)模生產(chǎn)，具有優(yōu)異的商業(yè)前景。
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1.一種硅氧負極材料，其特征在于，包括硅氧負極材料基體和包覆于所述硅氧負極材料基體表面的無定形碳相，所述硅氧負極材料基體包括：硅氧化物相、多個納米級合金相顆粒以及納米級硅相，其中，所述硅氧化物相作為母體相，多個所述納米級合金相顆粒分散于所述硅氧化物相中，所述納米級硅相呈網(wǎng)狀分布于所述硅氧化物相并包裹每個所述納米級合金相顆粒，所述無定形碳相具有多個孔隙結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒為AaXb的合金，其中，A為堿金屬元素、堿土金屬元素以及半金屬元素中的至少一種，X為至少一種過渡金屬元素，1.0≤a≤3.0，2.0≤b≤6.0，0.17≤a/b≤1.50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒在所述硅氧負極材料中的含量為1wt％～10wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒的晶粒尺寸為5～50nm，任意相鄰兩個所述納米級合金相顆粒之間的距離為3～20nm；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述硅氧化物
6.一種硅氧負極材料的制備方法，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在所述加熱所述混合物團的步驟中，所述加熱的過程包括依次進行的第一段加熱、第二段加熱和第三段加熱；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述第一金屬材料包括堿金屬元素及其對應(yīng)的化合物、堿土金屬元素及其對應(yīng)的化合物、以及半金屬元素及其對應(yīng)的化合物中的至少一種，所述第二金屬材料包括過渡金屬元素及其對應(yīng)的化合物中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述第一金屬材料和所述第二金屬材料的總質(zhì)量為所述硅氧化物與所述硅的總質(zhì)量的3％～10％；
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括水玻璃、羧甲基纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯以及環(huán)氧樹脂中的至少一種；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種硅氧負極材料，其特征在于，包括硅氧負極材料基體和包覆于所述硅氧負極材料基體表面的無定形碳相，所述硅氧負極材料基體包括：硅氧化物相、多個納米級合金相顆粒以及納米級硅相，其中，所述硅氧化物相作為母體相，多個所述納米級合金相顆粒分散于所述硅氧化物相中，所述納米級硅相呈網(wǎng)狀分布于所述硅氧化物相并包裹每個所述納米級合金相顆粒，所述無定形碳相具有多個孔隙結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒為aaxb的合金，其中，a為堿金屬元素、堿土金屬元素以及半金屬元素中的至少一種，x為至少一種過渡金屬元素，1.0≤a≤3.0，2.0≤b≤6.0，0.17≤a/b≤1.50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒在所述硅氧負極材料中的含量為1wt％～10wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧負極材料，其特征在于，所述納米級合金相顆粒的晶粒尺寸為5～50nm，任意相鄰兩個所述納米級合金相顆粒之間的距...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾雷英，陳磊，譚鴻錦，潘富健，
申請(專利權(quán))人：廈門廈鎢新能源材料股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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