[发明专利]高电导率硅氧负极材料及其应用

说明书

本发明提供了一种高电导率硅氧负极材料，包括硅基内核和在所述硅基内核表面形成的包覆层，所述包覆层包括碳和快离子导体，所述快离子导体在包覆层形成完整离子传输通道，直接连接所述硅基内核并延伸至所述包覆层表面。快离子导体在包覆层形成完整的离子通道，可使所述硅氧负极材料兼顾电子电导率和离子电导率，同时稳定SEI膜，有效提高材料容量和电化学性能。

技术领域

本发明属于电池电极材料领域，具体涉及一种高电导率硅氧负极材料及其应用。

背景技术

随着手机等消费电子耗电量逐步增加，以及电动汽车对于续航里程的要求，迫使锂离子电池追求更高的能量密度。目前商业化的负极材料主要为石墨材料，其比容量以接近理论值(372mAh/g)，亟需更高比容量的负极材料。硅基负极材料以其极高的比容量(3580mAh/g)、较低的脱嵌锂电位、丰富的储量和无毒无害成为公认的下一代负极材料。但硅基负极面临的体积膨胀大(超过300％)、SEI膜不稳定、电导率低等问题限制了其应用。目前通过纳米化、与碳复合、采用氧化亚硅歧化等方法可以从一定程度上解决上述问题，但还未达到实用条件。

为解决上述问题，专利申请CN109728259A采用快离子导体层以及含氟碳材料层来包覆硅基体，快离子导体位于内层，碳材料位于外层，可以防止硅基材料内核受HF的腐蚀，同时期望原位生成人工SEI膜，并加快锂离子在电解液与硅基材料内核之间传输。但由于快离子导体位于内层，很难达到上述效果。专利申请CN109119617A同样采用双层包覆，第一包覆层包括二维醌醛类共价有机骨架材料，所述第二包覆层包括快导离子材料，以提高包覆层电子和离子导通效果并缓解体积膨胀，但快离子导体层位于外层，仍然无法解决硅基内层锂离子传导的问题。专利申请CN108493428A通过设计快离子锂盐包覆，在硅碳材料表面形成了致密且均匀的包覆层，不仅有效降低了硅碳材料表面的副反应，对硅碳材料的膨胀起到了有效的抑制作用，同时提高了材料的倍率性能，但包覆致密导致电子电导差，从而降低材料性能。

发明内容

基于背景技术中存在的技术缺陷，本发明提供了一种高电导率硅氧负极材料，可兼顾电子电导率和离子电导率，同时稳定SEI膜，可有效提高材料容量和电化学性能。

本发明的目的是以下述技术方案实现的：

一种高电导率硅氧负极材料，包括硅基内核和在所述硅基内核表面形成的包覆层，所述包覆层包括碳和快离子导体，所述快离子导体在包覆层形成完整离子传输通道，直接连接所述硅基内核并延伸至所述包覆层表面。

优选地，所述硅基材料的化学式为SiO_x，其中，0＜x＜2；优选地，所述硅基材料包括纳米硅、氧化亚硅、二氧化硅、金属元素掺杂的硅氧化合物中的一种或多种。

优选地，所述包覆层中的碳包括硬碳、软碳、石墨、碳纳米管中的一种或多种。

优选地，所述包覆层中的快离子导体为具有SEI膜功能的材料，包括但不限于三氧化二铝、二氧化钛、氧化锆、偏铝酸锂、偏磷酸铝、偏磷酸锂、锂镧锆氧化合物、锂锗磷硫化合物和氧化乙烯基聚合物中的一种或多种。

优选地，所述硅基内核粒径为1-20μm，优选地为2-10μm；所述包覆层厚度为5-100nm，优选地为10-50nm。

优选地，本发明的实施例提供了所述高电导率硅氧负极材料的制备方法，其步骤为，将快离子导体材料在溶剂中研磨，然后加入碳源混合均匀，干燥、烧结碳化后得到高电导率硅氧负极材料。

优选地，所述干燥方式为喷雾干燥；

优选地，所述快离子导体材料的粒径研磨至与碳层厚度一致；优选地，所述快离子导体材料研磨至粒径50nm以下。

本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池采用本发明提供的硅氧负极材料，因而具有高容量、高循环性能。