[发明专利]一种硅氧复合负极材料及其制作方法

说明书

一种硅氧复合负极材料，用于制作电动汽车、智能车或者终端的锂电池的负极，所述负极材料包括内核、包覆在所述内核外面的包覆层以及位于所述内核以及所述包覆层之间的中间层，其中所述中间层包括所述非锂硅酸盐，所述非锂硅酸盐是指非锂硅酸盐，所述非锂硅酸盐在所述中间层中的质量含量占分布由是由所述中间层向所述内核递减。所述递减包括由所述中间层向所述内核呈梯度减少，所述梯度减少是指距离所述内核中心距离相同的圆周上的质量占比相同，随着与所述内核中心的距离减小而所述质量占比逐级减少。所述非锂硅酸盐在内核的外层原位生成，具有非水溶性或非碱性或弱碱性的致密结构，能有效缓解内部水溶性硅酸锂的溶解，降低所述硅氧复合负极材料的pH值。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种硅氧复合负极材料及其制作方法。

背景技术

传统石墨负极材料在商业的锂离子电池中广泛使用，但因其理论克比容量较低，仅为372mAh/g的特点，限制了单纯石墨负极在高能量密度、长循环电池开发中的长足应用。因此人们把目光转向容量更高的硅基、锡基负极材料。在硅基材料中，氧化硅材料的首次嵌锂容量为2615mAh/g，虽然比单质硅的理论嵌锂容量4200mAh/g低很多，但仍远高于传统石墨负极，与单质硅300％的嵌锂/脱锂体积膨胀相比，氧化硅的膨胀只有160％。

此外，氧化硅在锂离子嵌入过程中会形成不可逆的氧化锂(Li₂O)和硅酸锂(Li_xSi_yO_z)副产物，其可作为天然缓冲层缓解硅锂合金Li_xSi在锂离子嵌入时的体积膨胀，避免硅材料膨胀过大引起的颗粒破碎、材料表面SEI膜不稳定、持续消耗电解液中活性Li离子以及最终的循环寿命衰减过快等问题，因此以氧化硅为负极的电池循环寿命和容量保持率往往比普通硅碳材料更高。

然而，氧化硅在电池首次充电嵌锂的过程中吸收锂离子会形成副产物氧化锂和硅酸锂，该副产物在放电过程中不能完全脱出其在充电过程吸收的锂离子。这种不可逆反应会造成电池中大量活性锂离子的损失，形成不可逆容量。因此，传统氧化硅负极的首效低于80％，正极材料的首效一般大于85％，但是正负极材料匹配时会造成正极材料中提供的锂离子在负极牺牲形成不可逆容量，导致正极克容量发挥不足，影响电池整体容量和能量密度。因此如何提高负极材料氧化硅的首效是当下迫切需要解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供一种硅氧复合负极材料及其制作方法，能够有效解决现有硅氧复合负极材料首效低的问题。

本发明实施例提供一种硅氧复合负极材料，用于制作锂电池的负极，所述负极材料包括内核、包覆在所述内核外面的包覆层以及位于所述内核以及所述包覆层之间的中间层，其中所述中间层包括所述非锂硅酸盐，所述非锂硅酸盐在所述中间层中的质量含量占分布由是由所述中间层向所述内核递减。所述递减包括由所述中间层向所述内核呈梯度减少，所述梯度减少是指距离所述内核中心距离相同的圆周上的质量占比相同，随着与所述内核中心的距离减小而所述质量占比逐级减少。

所述非锂硅酸盐在内核的外层原位生成，具有非水溶性或非碱性或弱碱性的致密结构，能有效缓解内部水溶性硅酸锂的溶解，降低所述硅氧复合负极材料的pH值。

通过对硅酸盐的梯度结构设计，能降低复合负极材料的pH值，使其保持较好的加工性能，能同时兼顾材料的电化学性能和加工稳定性。

所述中间层还包含氧化硅，其化学式是SiO_x，其中0.6≤x≤2，其中x为本化学式SiO_x独立变量，所述氧化硅质量含量分布与所述非锂硅酸盐相反。

所述内核包括纳米硅、氧化硅和硅酸锂的混合物，所述氧化硅在整个内核中的质量含量占比分布是由沿着所述包覆层向内核的径向方向上呈梯度增加，而所述硅酸锂在所述内核中的质量含量占分布由是所述包覆层向内核呈梯度减少。