锂离子电池氧化硅负极材料及其制备方法和装置以及包含其的锂离子电池制造方法及图纸

本发明专利技术提供了锂离子电池氧化硅负极材料及其制备方法和装置以及包含其的锂离子电池。本发明专利技术制备方法中，通过采用喷雾热分解法或者喷雾干燥法得到内部碳元素均匀分布的二氧化硅颗粒、然后再通过硅还原的方式制备氧化硅负极材料，从而解决现有方法所制备的颗粒成分不均匀等的技术问题。通过本发明专利技术方法能够得到正确的氧化硅或含有正确分子碳数的氧化硅球状多孔的构造，因而能提高电池的重量能量和输出密度；同时，通过加热处理使得在氧化硅中碳化生成的碳粒子能在粒子内部分散均匀，使得电池的导电性提高，能得到性能更优良的具有快速充放电功能的锂离子充电电池。

Lithium ion battery silicon oxide negative electrode material and its preparation method and device, and lithium ion battery containing the same

The invention provides a lithium-ion battery silicon oxide anode material, a preparation method and a device, and a lithium ion battery including the lithium ion battery. In the preparation method of the invention, silica particles with uniform distribution of internal carbon elements are obtained by using the spray thermal decomposition method or spray drying method, and then silicon oxide anode material is prepared by the silicon reduction method, so as to solve the technical problems of the uneven particle composition prepared by the existing method. The method can obtain the correct silicon oxide or the spherical porous structure of silicon oxide containing the correct molecular carbon number, thus improving the weight energy and the output density of the battery; at the same time, the carbon particles produced in the silicon oxide in the silicon oxide can be dispersed evenly in the particles by heating treatment, making the battery electrical conductivity. The lithium ion rechargeable battery with better charge and discharge function can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池氧化硅负极材料及其制备方法和装置以及包含其的锂离子电池
本专利技术涉及锂电池领域，具体而言，涉及锂离子电池氧化硅负极材料及其制备方法和装置以及包含其的锂离子电池。
技术介绍
目前，作为手机，数码相机，笔记本电脑等的便携电子机器，电动汽车，汽车，铁路等电子设备或交通运输装置的电源，对于电源的高密度(高容量)，并且充电循环周期特性良好的非水溶剂充电电池受到了广泛的关注。现在，在市场上最受到追捧并得到广泛使用的非水充电电池是锂离子充电电池。现在的锂离子电池的负极材料，普遍为石墨，硬碳等碳元素材料或钛酸锂(Li4Ti5O12)等的氧化物为多。但是，利用这一类负极材料生成的锂离子充电电池的能源密度很低，因此用作电动汽车等电池时在每一次充电后的行走距离相对比较短。氧化硅(SiO1-X)作为锂电池负极材料被使用的情况下，采用碳或铝等同价数的不同的金属和反应后部分还原的方法以得到上述氧化硅材料，是现有公认或者被大家广泛提出来的。但是，这种方式虽然可以在还原过程中使得充电电池得到比较高的容量，然而，会由于体积的膨胀使得能量密度短时间内急剧下降。并且因为碳的含量不能精密控制，使得电池在充放电时，电池间的电压平衡不能得到很好的控制，这也是造成电池故障的一大原因之一。虽然与本专利技术类似的利用电温炉或高周波等离子熔融发生时的SiO气体析出法来制造出氧化硅的方法已经被提出来很久了，(参照日本专利1-4)但是，其生产性不适合工业生产。虽然SiO1－X通过氧化硅的还原而成，并且被锂离子电池广泛采用，但是电动汽车等需要能量密度更高的电池，因此对拥有更稳定的循环特性的材料提出了更高的要求。虽然现在氧化硅碳复合化的制造方法有很多，比如溶胶凝胶法，喷雾热分解法，喷雾干燥法等等(例如参考文献1-6)。但是这些方法只应用在生物，化学分析用材料的研究，没有很好的在充电电池的负极材料的生产制造上被研究和开发。同时，按照上述的方法来制造氧化硅，还原后在粒子中的碳会产生不均匀分布，或者在还原中，由于碳的挥发作用使得碳的含量很难准确的把握。因为这个原因使得在大量生产的时候会产生碳素物质分布不均匀的负极材料产品，使得产品质量降低，造成电池的不合格和产生电池故障。由于氧化硅在负极材料的应用中具有周期稳定性低的问题，现在的负极材料市场上普遍采用的是在氧化硅中加入碳元素物质或者其它异性金属，但是，在煅烧还原过程中由于强大的凝聚力会产生粗大颗粒及发生粒子不均匀的问题，使得在周期数的增加的同时，造成能源密度急剧下降。日本专利1：JP特开2002-260651；日本专利2：JP特开2007-290919；日本专利3：JP特开2011-79724；日本专利4：JP特开2011-243535。参考文献1：A.V.Llucha,E.Costa,G.G.Ferrera,M.M.Pradas,M.S.Sánchez,Structureandbiologicalresponseofpolymer/silicananocompositespreparedbysol–geltechnique,CompositesSci.Tech.,70,1789-1795(2010)；参考文献2：W.S.Cheow,S.LiandK.Hadinoto,“Spraydryingformulationofhollowsphericalaggregatesofsilicananoparticlesbyexperimentaldesign”,Chem.Eng.Res.Design,88,673-685(2010)；参考文献3：M.Ide,E.Wallaert,I.V.Driessche,F.Lynen,P.SandraandV.D.Voort,“Sphericalmesoporoussilicaparticlesbyspraydrying:DoublingtheretentionfactorofHPLCcolumns”MicroporousandMesoporousMater.,142,282-291(2011)；参考文献4：H.R.Jang,H.J.Oh,J.H.KimandK.Y.Jung,“Synthesisofmesoporoussphericalsilicaviaspraypyrolysis:Poresizecontrolandevaluationofperformanceinpaclitaxelpre-purification”,MicroporousandMesoporousMater.,165,219-227(2013)；参考文献5：N.Sheeraz,C.ZuikifliandA.Rahman,Agreensol–gelrouteforthesynthesisofstructurallycontrolledsilicaparticlesfromricehuskfordentalcompositefiller,Ceram.Intl.,39,4559-4567(2013)；参考文献6：K.Waidon,W.D.Wu,Z.Wu,W.Liu,C.Selomulya,D.ZhaoandX.D.Chen“Formationofmonodispersemesoporoussilicamicroparticlesviaspray-drying”,J.ColloidandInterfaceSci,418,225-233(2014)。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种锂离子电池氧化硅负极材料的制备方法，本专利技术制备方法中，通过采用热喷雾分解法或者热喷雾干燥法得到二氧化硅颗粒(及含有碳的氧化硅球状粒子)、然后再还原的方式制备氧化硅负极材料，从而解决现有方法所制备的颗粒成分分布不均匀的技术问题。本专利技术的第二目的在于提供一种由本专利技术制备方法所得到的锂离子电池氧化硅负极材料。本专利技术的第三目的在于提供一种包含本专利技术锂离子电池氧化硅负极材料的锂离子电池。本专利技术的第四目的在于提供一种用以实现本专利技术锂离子电池氧化硅负极材料制备方法的装置。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种锂离子电池氧化硅负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将硅化合物通过喷雾热分解或者喷雾干燥得到球状二氧化硅，然后还原，得到组成为SiO1-x和/或SiO1-xCx的锂离子电池氧化硅负极材料；其中，0＜x＜1；优选的，所述硅化合物包括四氯化硅、有机硅、硅酸盐，以及胶体二氧化硅；优选的，所述还原包括将球状二氧化硅与硅共同煅烧的步骤。优选的，本专利技术所述的制备方法中，是将硅化合物溶解或分散于溶液中，然后再通过喷雾热分解或者喷雾干燥得到球状二氧化硅粒子。优选的，本专利技术所述制备方法还进一步包括将溶有或分散有硅化合物的溶液中加入糖或有机酸的步骤；更优选的，所述糖或有机酸的质量为溶有或分散有硅化合物的溶液质量的5～15％。优选的，本专利技术所述的制备方法中，所得到的球状二氧化硅包括二氧化硅球状粒子以及含有碳的二氧化硅球状粒子。优选的，本专利技术所述的制备方法中，所述还原包括将二氧化硅球状粒子以及含有碳的二氧化硅球状粒子与硅共同煅烧的步骤。优选的，本专利技术所述的制备方法中，所述煅烧的温度为1000～1500℃；和/或，所述煅烧的时间为1～2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池氧化硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将硅化合物通过喷雾热分解法或者喷雾干燥法得到球状二氧化硅，然后还原，得到组成为SiO1‑x和/或SiO1‑xCx的锂离子电池氧化硅负极材料；其中，0＜x＜1；优选的，所述硅化合物包括四氯化硅、有机硅、硅酸盐，以及胶体二氧化硅；优选的，所述还原包括将球状二氧化硅与硅共同煅烧的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池氧化硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：将硅化合物通过喷雾热分解法或者喷雾干燥法得到球状二氧化硅，然后还原，得到组成为SiO1-x和/或SiO1-xCx的锂离子电池氧化硅负极材料；其中，0＜x＜1；优选的，所述硅化合物包括四氯化硅、有机硅、硅酸盐，以及胶体二氧化硅；优选的，所述还原包括将球状二氧化硅与硅共同煅烧的步骤。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，是将硅化合物溶解或分散于溶液中，然后再通过喷雾热分解或者喷雾干燥得到球状二氧化硅粒子。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还进一步包括将溶有或分散有硅化合物的溶液中加入糖或有机酸的步骤；优选的，所述糖或有机酸的质量为溶有或分散有硅化合物的溶液质量的5～15％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻原隆，董兆麟，
申请(专利权)人：上海麟敏信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31