本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體地，涉及一種siox基負(fù)極材料及制備方法、負(fù)極極片和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、siox材料是一類重要的鋰離子電池負(fù)極材料，理論容量隨著si與o的原子比例x的改變，最高可接近si的3750mah?g-1。但是在siox材料中si含量越高，在儲(chǔ)鋰時(shí)會(huì)發(fā)生越嚴(yán)重的體積膨脹，導(dǎo)致負(fù)極材料粉化，電池失效。另外，siox材料的導(dǎo)電性欠佳，導(dǎo)致負(fù)極材料的倍率性能下降。

2、目前工業(yè)上生產(chǎn)siox材料的方法是通過si和sio2在1400℃高溫真空環(huán)境中氣相沉積，該方法能耗極高，且需要嚴(yán)格的真空環(huán)境以控制制備氣氛中氧含量。

3、經(jīng)檢索，申請?zhí)枮?02210959559的專利公開了一種金屬摻雜的硅氧負(fù)極材料，以多孔陶瓷作為骨架，氧化亞硅和摻雜元素通過液相法或固相法均勻彌散分布在多孔陶瓷的孔隙內(nèi)。申請?zhí)枮?02110865725的專利公開了一種金屬摻雜的siox負(fù)極材料，將si、sio2和還原性金屬按比例混和，放入材料破碎設(shè)備中，在惰性氣氛條件下進(jìn)行破碎混合，使得si、sio2和還原性金屬三種材料物相產(chǎn)生一定破碎；按比例加入導(dǎo)電劑，在惰性氣氛條件下繼續(xù)進(jìn)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結(jié)構(gòu)材料；將包覆結(jié)構(gòu)材料放入熱處理設(shè)備中，在惰性氣氛條件下燒結(jié)，用以對包覆材料進(jìn)行還原處理，形成具有si、sio2和還原性金屬的硅酸鹽三種晶相并存且有導(dǎo)電劑均勻分散的物相結(jié)構(gòu)的混合晶相材料。上述專利公開的制備金屬摻雜的硅氧負(fù)極材料的方法，均為制備多相混合物的方法，無法制備均一相的材料。

4、申請公開號為cn116864637a的中國發(fā)明專利，公開一種低熵銻基二元超細(xì)納米晶氧化物負(fù)極材料及制備方法，其制備方法為球磨混料加降溫?zé)Y(jié)，先將銻和雜質(zhì)金屬鹽球磨混合，后將混合鹽置于馬弗爐中退火，以5-10℃/s升至350-600℃，即以0.05-10℃/s的速率降溫至200℃再隨爐冷至室溫。該專利中球磨的作用在于使原料混合均勻，而反應(yīng)主要發(fā)生在燒結(jié)過程中，對燒結(jié)反應(yīng)的溫度控制要求較高。

5、申請公開號為cn113506861a的中國發(fā)明專利，公開一種鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，該專利針對的是銻基材料，且硅和摻雜金屬分散在硅氧化物形成的基底，也沒有形成均相結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種siox基負(fù)極材料及制備方法、負(fù)極極片和鋰離子電池，可以在室溫下制備可控si與o比例的siox材料，并在sio體系中引入過渡金屬及sn，以提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種siox基負(fù)極材料的制備方法，所述方法包括：

3、將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末；

4、將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，得到siox基粉末；

5、將所述siox基粉末置于加熱爐內(nèi)在預(yù)設(shè)溫度下保溫，并在出料后將所得粉末粉碎，得到siox基負(fù)極材料。

6、可選地，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述過渡金屬氧化物粉為fe2o3粉、fe3o4粉、coo粉、co2o3粉、mno粉和cuo粉中的任意一種或幾種。

7、可選地，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述硅粉占所述混合粉末總質(zhì)量的15-51％，所述錫粉與所述過渡金屬氧化物粉中過渡金屬的原子質(zhì)量比例低于2:1。

8、優(yōu)選地，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述硅粉占所述混合粉末總質(zhì)量的25-40％。

9、可選地，將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，包括：采用擺振球磨，球磨過程中球料比為25:1～50:1，球磨機(jī)振動(dòng)頻率為800～1400rpm，球磨時(shí)間為2～16h。

10、可選地，將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，包括：采用行星球磨，球磨過程球料比為25:1～50:1，球磨機(jī)振動(dòng)頻率為300～500rpm，球磨時(shí)間為10～50h。

11、可選地，將所述siox基粉末置于加熱爐內(nèi)在預(yù)設(shè)溫度下保溫，其中：所述加熱爐為箱式加熱爐或管式加熱爐，預(yù)設(shè)溫度為300-600℃，保溫2-5小時(shí)，在保溫過程中通入惰性保護(hù)氣。

12、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種siox基負(fù)極材料，所述siox基負(fù)極材料利用上述的方法制備得到。

13、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括碳包覆層和上述的siox基負(fù)極材料，所述碳包覆層包覆于所述siox基負(fù)極材料的表面。

14、根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述的siox基負(fù)極材料，或者上述的負(fù)極極片。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下至少之一的有益效果：

16、1、本發(fā)明采用室溫下可操作的球磨法及后續(xù)的低溫加熱處理，通過球磨過程中si和過渡金屬氧化物和錫的反應(yīng)獲得均一相的siox基負(fù)極材料，在室溫和低溫?zé)Y(jié)的條件下制備siox基負(fù)極材料，無需過高的溫度，從而可以降低能耗。

17、2、本發(fā)明可以根據(jù)原料中硅粉和過渡金屬氧化物的投料控制生成的siox中si與o的原子比例，并同時(shí)進(jìn)行金屬元素?fù)诫s，獲得均一相的材料，本發(fā)明的負(fù)極材料具有高循環(huán)穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。

技術(shù)特征：

1.一種siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述過渡金屬氧化物粉為fe2o3粉、fe3o4粉、coo粉、co2o3粉、mno粉和cuo粉中的任意一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述硅粉占所述混合粉末總質(zhì)量的15-51％，所述錫粉與所述過渡金屬氧化物粉中過渡金屬的原子質(zhì)量比例低于2:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末，其中：所述硅粉占所述混合粉末總質(zhì)量的25-40％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，包括：采用擺振球磨，球磨過程中球料比為25:1～50:1，球磨機(jī)振動(dòng)頻率為800～1400rpm，球磨時(shí)間為2～16h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，包括：采用行星球磨，球磨過程球料比為25:1～50:1，球磨機(jī)振動(dòng)頻率為300～500rpm，球磨時(shí)間為10～50h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的siox基負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，將所述siox基粉末置于加熱爐內(nèi)在預(yù)設(shè)溫度下保溫，其中：所述加熱爐為箱式加熱爐或管式加熱爐，預(yù)設(shè)溫度為300-600℃，保溫2-5小時(shí)，在保溫過程中通入惰性保護(hù)氣。

8.一種siox基負(fù)極材料，其特征在于，利用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法制備得到。

9.一種負(fù)極極片，其特征在于，包括碳包覆層和權(quán)利要求8所述的siox基負(fù)極材料，所述碳包覆層包覆于所述siox基負(fù)極材料的表面。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的siox基負(fù)極材料，或者

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種SiO<subgt;x</subgt;基負(fù)極材料及制備方法、負(fù)極極片和鋰離子電池，所述方法包括：將硅粉、過渡金屬氧化物粉和錫粉混合均勻形成混合粉末；將所述混合粉末加入球磨機(jī)中，在惰性氣氛保護(hù)下球磨，得到SiOx基粉末；將所述SiOx基粉末置于加熱爐內(nèi)在預(yù)設(shè)溫度下保溫，并在出料后將所得粉末粉碎，得到SiOx基負(fù)極材料。本發(fā)明在室溫和低溫?zé)Y(jié)的條件下制備均一相的SiO<subgt;x</subgt;基負(fù)極材料，能夠提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李浩源,黃晉,張涵茵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19