[发明专利]一种硅氧负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，公开了一种硅氧负极材料及其制备方法和应用。该硅氧负极材料包括氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管和碳层；碳层包覆氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管；碳纳米管的长径比不小于2000；氧化亚硅中含晶型二氧化硅。本发明的硅氧负极材料体积膨胀低，不仅具有高的首次库伦效率，首次库伦效率不低于80％，而且具有良好的循环性能，经过50周的循环，容量保持率不低于92％。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，特别涉及一种硅氧负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高、寿命长、无记忆效应等优点，因此，锂离子电池是目前应用最为广泛的一种储能电池。随着应用场地的不断变化，对锂离子电池能量密度要求越来越高，例如手机电池、电动汽车电池要求锂离子电池能量密度尽可能高。

由于硅负极理论容量可达3580mAh/g，比传统石墨负极(理论容量仅为372mAh/g)高很多，因此，硅负极是用来提升锂离子电池性能最核心的材料之一。然而，由于硅负极充放电过程中体积膨胀大，带来负极极片结构的不稳定，从而导致锂离子电池性寿命短，性能衰减快。硅氧负极材料体积膨胀程度相对低些，但多次循环后，锂离子电池性的循环性能也明显衰减，特别是首次库伦效率低，这不利于锂离子电池的实际应用。

现有技术(CN114122340A)公开一种硅氧复合负极材料，通过引入碳纳米管和锂源来提高材料的稳定性和首次库伦效率。但是，碳纳米管的分散方式以及与硅氧材料的结合方式并不能最大程度发挥碳纳米管的作用，其次锂源的引入带来首次库伦效率提升的同时，还会带来电容量的降低和体积膨胀程度的提高，不利于循环性能的提升。

现有技术(CN113422008A)公开一种微米氧化亚硅@碳纳米管复合锂离子电池负极材料的合成方法，大量碳纳米管原位生长在氧化亚硅表面，提高电导率。但是，表面大量的碳纳米管会增加负极材料的比表面积和降低负极材料的压实密度，不利于负极材料在电池中获得良好的循环性能。

因此，亟需提供一种新型负极材料，不仅具有高的首次库伦效率，而且具有良好的循环性能。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种硅氧负极材料及其制备方法和应用。本发明所述硅氧负极材料体积膨胀低，不仅具有高的首次库伦效率，首次库伦效率不低于80％，而且具有良好的循环性能，经过50周的循环，容量保持率不低于92％。

本发明的发明构思为：本发明所述硅氧负极材料包括内部的氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管和表面的碳层，其中氧化亚硅颗粒中含有晶型硅、晶型二氧化硅，所述碳层包覆氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管，氧化亚硅与铝的化合物直接接触，碳纳米管连接氧化亚硅与铝的化合物形成的混合物与碳层，且所述碳纳米管的长径比不小于2000。碳纳米管通过碳层的包覆与氧化亚硅颗粒保持稳定连接。晶型二氧化硅在充放电过程中不会与锂离子发生反应，使得所述硅氧负极材料在锂离子电池中够获得高的首次库伦效率。长径比大于2000的碳纳米管，在硅氧负极材料中形成碳网，将不同颗粒(氧化亚硅)连接起来，在颗粒膨胀或收缩时，都能顺利向颗粒传导电子，可增强硅氧负极材料在充放电循环过程中的结构稳定性，从而提升所述硅氧负极材料的循环性能。

本发明的第一方面提供一种硅氧负极材料。

具体的，一种硅氧负极材料，包括氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管和碳层；

所述碳层包覆所述氧化亚硅、铝的化合物、碳纳米管；

所述碳纳米管的长径比不小于2000；

所述氧化亚硅中含晶型二氧化硅。

优选的，所述晶型二氧化硅的晶型为石英相、方石英相中的至少一种。

优选的，所述氧化亚硅中含有晶型硅。