[发明专利]负极活性材料、电化学装置和电子装置

说明书

本申请涉及一种负极活性材料、电化学装置和电子装置。该负极活性材料包括硅氧颗粒和位于所述硅氧颗粒表面的硅氧碳层，其中，所述硅氧碳层包括硅氧碳复合颗粒。该负极活性材料用于电化学装置，能够显著改善循环性能。

技术领域

本申请涉及储能领域，具体涉及一种负极活性材料、电化学装置和电子装置。

背景技术

近年来，由于硅的可逆容量高达4200mAh/g，被认为是最可能大规模应用的锂离子电池负极材料。但是硅在充放电过程中会发生约400％的体积膨胀，超高的体积膨胀造成固体电解质界面(SEI)的破坏，由于界面破坏而露出的新鲜材料表面会不断消耗电解液，导致SEI的反复形成，产生大量的SEI副产物。目前提升硅基材料循环性能的一个主要手段是在硅基材料表面进行碳包覆，但是单一的碳包覆层不能有效地承受硅氧材料在电化学反应过程中发生的体积膨胀，限制了其进一步应用。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本申请提供一种负极活性材料及包含该负极活性材料的电化学装置。该负极活性材料用于电化学装置时，能够显著改善电化学装置的循环性能。

在第一方面，本申请提供的负极活性材料包括硅氧颗粒和位于硅氧颗粒表面的硅氧碳层，其中，硅氧碳层包括硅氧碳复合颗粒。本申请的负极活性材料利用表面硅氧碳材料的结构稳定性，有效改善了硅氧材料在循环过程中的界面稳定，进而改善了使用该负极活性材料的电化学装置的容量保持率和膨胀率。

根据本申请的一些实施方式，负极活性材料满足如下条件(a)至(c)中的至少一者：(a)负极活性材料的²⁹Si MAS NMR谱图在如下范围具有峰：-5ppm±2ppm，-35ppm±2ppm，-75ppm±2ppm；(b)负极活性材料的²⁹Si MAS NMR谱图在-100ppm±2ppm范围内具有峰；(c)负极活性材料的²⁹Si MAS NMR谱图在-5ppm±2ppm范围内的峰的半峰宽为20ppm至25ppm。

根据本申请的一些实施方式，负极活性材料的²⁹Si MAS NMR谱图在如下范围具有峰：-5ppm±2ppm，-35ppm±2ppm，-75ppm±2ppm，-100ppm±2ppm。本申请的负极活性材料的²⁹Si MAS NMR谱图中在上述范围内具有吸收峰，说明该材料中碳原子、硅原子与氧原子之间相互成键。碳、硅、氧这三种原子键连在一起，有利于提高硅氧碳材料的结构稳定性。

根据本申请的一些实施方式，负极活性材料满足如下条件(d)至(g)中的至少一者：(d)硅氧碳层的厚度为d，其中10nm≤d≤2000nm；(e)硅氧碳层包括非晶相结构的硅氧碳复合颗粒；(f)硅氧碳复合颗粒的粒径为1nm至60nm；(g)硅氧碳复合颗粒中至少70％的硅氧碳复合颗粒的粒径为20nm至46nm。

根据本申请的一些实施方式，硅氧碳层的厚度d满足10nm≤d≤2000nm。当硅氧碳层的厚度较小时，硅氧碳层无法实现界面的有效保护，进而导致电化学装置的容量保持率降低和膨胀率上升。当硅氧碳层的厚度较大时，虽然能够提高电化学装置的容量保持率和降低膨胀率，但是会损失较多的活性储锂位点，导致电化学装置能量密度的损失。

根据本申请的一些实施方式，硅氧碳层包括非晶相结构的硅氧碳复合颗粒。非晶相结构的硅氧碳复合颗粒中元素分布均匀，硅晶粒均匀的分散在Si-O-C骨架中，使得硅氧碳材料保持最稳定的结构，从而实现对硅氧材料界面的良好保护。

根据本申请的一些实施方式，硅氧碳复合颗粒的粒径为1nm至60nm。在一些实施方式中，硅氧碳复合颗粒中至少70％的硅氧碳复合颗粒的粒径为20nm至46nm。硅氧碳复合颗粒的粒径过小时，负极活性材料的电导性差，进而使得材料的克容量降低，电化学装置的循环保持率降低，膨胀率升高。硅氧碳复合颗粒的粒径过大时，负极活性材料的离子传输变差，负极活性材料的利用率降低，进而使得材料的克容量降低，电化学装置的循环保持率降低，膨胀率升高。