[发明专利]一种具有混合晶相的硅氧负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有混合晶相的硅氧负极材料及其制备方法和应用。制备方法包括：将Si、SiO₂和还原性金属按比例混和，放入材料破碎设备中，在惰性气氛条件下进行破碎混合，使得Si、SiO₂和还原性金属三种材料物相产生一定破碎；按比例加入导电剂，在惰性气氛条件下继续进行破碎混合；加入固相包覆材料，以固相包覆造粒方式形成包覆结构材料；将包覆结构材料放入热处理设备中，在惰性气氛条件下烧结，用以对包覆材料进行还原处理，形成具有Si、SiO₂和还原性金属的硅酸盐三种晶相并存且有导电剂均匀分散的物相结构的混合晶相材料；加入导电聚合物单体，在引发剂的条件下在混合晶相材料表面形成一层导电聚合物包覆层，即得到具有混合晶相的硅氧负极材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种具有混合晶相的硅氧负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球变暖日趋严重，国内外对二氧化碳“零排放”和“碳中和”的各项工作逐渐加大力度，新能源锂电池行业也随之进入大众视野，产业结构逐步完善，各项材料等相关的开发也进入高速发展阶段。

锂电池行业中负极材料做为四大主材之一，也是开发重点，商业化的石墨(372mAh/g)材料的容量基本达到了上限，很难有所重大突破，一定程度上限制了目前材料的实际应用和市场化进步，此时，硅氧负极材料具有的高脱锂容量、低脱嵌锂电压，以及价格低廉和环保等优点，进入研究的视野。但硅氧负极材料的高体积膨胀收缩，易粉化和低导电性能等缺点也限制了材料的市场化应用，随着硅氧材料的改进和性能的提升，已经可以开始小批量使用，但在市场化应用过程中材料存在首次效率低、膨胀高和循环较差的缺点。

目前常规工艺，SiO₂或SiO_x与还原金属进行气相、液相、固相等类型工艺制备。例如，SiO₂或SiO_x与还原金属直接混合后固相烧结，形成高首效硅基负极材料。但是采用固相工艺路线，反应效率低，均匀性差。又如，采用液相处理，再进行烧结。但是采用液相工艺路线，物料收集率较低。再如，采用SiO₂或SiO_x与还原金属分别置于高真空条件下，蒸发冷凝，气相合成高首效硅基负极材料。但是，采用气相工艺路线，设备难度高，产能相对低。也就是说，现有大部分工艺路线都存在材料产品性能优势不明显、价格过高、工艺过于复杂无法量产等缺点。

发明内容

本发明实施例提供了具有混合晶相的硅氧负极材料及其制备方法和应用，通过本发明的制备方法，得到一种高首效、高电导率、低膨胀硅基负极材料。

第一方面，本发明实施例提供了一种具有混合晶相的硅氧负极材料的制备方法，包括：

将Si、SiO₂和还原性金属按比例混和，放入材料破碎设备中，在惰性气氛条件下进行材料破碎混合，使得Si、SiO₂和还原性金属三种材料物相产生一定破碎，并均匀混合；

按比例加入导电剂，在惰性气氛条件下继续进行材料破碎混合；

加入固相包覆材料，以固相包覆造粒方式形成包覆结构材料；

将所述包覆结构材料放入热处理设备中，在惰性气氛条件下500℃-1300℃烧结3小时-15小时，用以对所述包覆材料进行还原处理，形成具有Si、SiO₂和还原性金属的硅酸盐三种晶相并存且有导电剂均匀分散的物相结构的混合晶相材料；

加入导电聚合物单体，在引发剂的条件下在所述混合晶相材料表面形成一层导电聚合物包覆层，即得到所述具有混合晶相的硅氧负极材料。

优选的，所述还原性金属包括：锂、钠、镁、铝、钾、铜中的一种；所述还原性金属占比所述硅氧负极材料的总重量的0.5％-15％；