负极材料及包含其的电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请涉及负极材料及包含其的电化学装置和电子装置。本申请负极材料包括：锂化硅氧材料及MySiOz层，其中所述锂化硅氧材料包括Li2SiO3、Li2Si2O5或其组合，所述MySiOz层包覆所述锂化硅氧材料；M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合；以及0

Cathode materials and electrochemical devices and electronic devices including them

【技术实现步骤摘要】
负极材料及包含其的电化学装置和电子装置
本申请涉及储能领域，具体涉及一种负极材料及包含其的电化学装置和电子装置，特别是锂离子电池。
技术介绍
随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，对其中的电化学装置的要求越来越严格。例如，不仅要求电池轻便，而且还要求电池拥有高容量和较长的工作寿命。锂离子电池凭借其具有能量密度高、安全性高、无记忆效应和工作寿命长等突出的优点已经在市场上占据主流地位。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种负极材料以及制备该负极材料的方法，以试图在至少某种程度上解决至少一种存在于相关领域中的问题。本申请实施例还提供了使用该负极材料的负极、电化学装置以及电子装置。在一个实施例中，本申请提供了一种负极材料，所述负极材料包括：锂化硅氧材料及MySiOz层，其中所述锂化硅氧材料包括Li2SiO3、Li2Si2O5或其组合，所述MySiOz层包覆所述锂化硅氧材料；M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合；以及0<y<3，且0.5<z<6。在另一个实施例中，本申请提供了一种制备负极材料的方法，所述方法包括：(1)将M源和硅氧化物SiOx进行混合；将混合后的物料在800-1300℃下进行高温处理1-5h；研磨经高温处理的物料；和(2)将上述得到的物料与Li源混合；在500-800℃下进行高温处理1-5h；其中0.5<x<2；且其中M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合。在另一个实施例中，本申请提供一种负极，其包括根据本申请的实施例所述的负极材料。在另一个实施例中，本申请提供一种电化学装置，其包括根据本申请的实施例所述的负极。在另一个实施例中，本申请提供一种电子装置，其包括根据本申请的实施例所述的电化学装置。硅氧负极材料由于具有循环稳定性好和容量高(1500-1800mAh/g)的优点而被认为是最有可能被应用的负极材料。然而，由于硅氧负极材料的首次库伦效率低限制了其应用。目前解决这一问题的主要方法为预锂化硅氧材料SiOx以减少其不可逆的容量损失，从而提升其首次库伦效率。目前在制备负极时，考虑到环保、成本和安全等问题，通常采用水作为溶剂来分散负极活性材料。但是由于锂单独掺杂SiOx会导致颗粒表面附近活性Si与Li合金化，产生对水不稳定的LiSi合金，因此在制备负极材料的过程中水系浆料稳定性较差，例如在水系浆料中会产生H2或沉降。本申请首先在SiOx颗粒表面形成壳层MySiOz层，然后对颗粒内部进一步掺杂Li元素，形成Li2SiO3和Li2Si2O5。通过上述方法形成的负极活性材料表面具有硅酸镁壳层，且表面不具有LiSi合金，在提高了首次库伦效率的同时，也改善了对水系浆料的稳定性。本申请实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述和显示，或是经由本申请实施例的实施而阐释。附图说明在下文中将简要地说明为了描述本申请实施例或现有技术所必要的附图以便于描述本申请的实施例。显而易见地，下文描述中的附图仅只是本申请中的部分实施例。对本领域技术人员而言，在不需要创造性劳动的前提下，依然可以根据这些附图中所例示的结构来获得其他实施例的附图。图1示出了本申请的一个实施例的负极材料的结构示意图。图2示出了本申请的另一实施例的负极材料的结构示意图。图3为本申请实施例1的中间产物SiOx·Mg2SiO4的X射线衍射(XRD)图。图4为本申请实施例1的中间产物SiOx·Mg2SiO4的截面扫描电子显微镜(SEM)图。图5为本申请实施例1所得样品的X射线衍射(XRD)图。图6为本申请实施例1所得样品的剖面扫描电子显微镜(SEM)图片和O、Mg和Si元素的元素分布图。图7为本申请实施例1所得样品的截面扫描电子显微镜(SEM)图片。图8为本申请实施例1所得样品的截面扫描电子显微镜(SEM)图片的放大图。图9示出了本申请实施例1所得样品对水稳定性的实验结果。图10示出了本申请对比例3所得样品对水稳定性的实验结果。图11为本申请实施例1所得样品的首次充放电曲线。图12示出了本申请实施例1和对比例1所得样品的循环曲线。具体实施方式本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。如本申请中所使用，术语“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的一者”、“中的一个”、“中的一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目中的任一者。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的一者”意味着仅A或仅B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的一者”意味着仅A；仅B；或仅C。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。在具体实施方式及权利要求书中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A及B，那么短语“A及B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。在另一实例中，如果列出项目A、B及C，那么短语“A、B及C中的至少一者”意味着仅A；或仅B；仅C；A及B(排除C)；A及C(排除B)；B及C(排除A)；或A、B及C的全部。项目A可包含单个元件或多个元件。项目B可包含单个元件或多个元件。项目C可包含单个元件或多个元件。一、负极材料本申请实施例提供了一种负极材料，所述负极材料包括：锂化硅氧材料及MySiOz层，其中所述锂化硅氧材料包括Li2SiO3、Li2Si2O5或其组合，所述MySiOz层包覆所述锂化硅氧材料；M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合；以及0<y<3，且0.5<z<6。在一些实施例中，所述MySiOz层包括Mg2SiO4、Al2SiO5、Zn2SiO4、CaSiO3、BaSiO3或其任意组合。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约0.2-3μm。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约0.3-2.5μm。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约0.3-2μm。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约0.4-2μm。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约1μm。在一些实施例中，MySiOz层的厚度为约1.5μm。在一些实施例中，所述负极材料进一步包括碳层，所述碳层包覆所述MySiOz层的至少一部分。在一些实施例中，所述负极材料进一步包括碳层，所述碳层完全包覆所述MySiOz层。在一些实施例中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料，所述负极材料包括：锂化硅氧材料及MySiOz层，其中所述锂化硅氧材料包括Li2SiO3、Li2Si2O5或其组合，所述MySiOz层包覆所述锂化硅氧材料；M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合；以及0<y<3，且0.5<z<6。

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，所述负极材料包括：锂化硅氧材料及MySiOz层，其中所述锂化硅氧材料包括Li2SiO3、Li2Si2O5或其组合，所述MySiOz层包覆所述锂化硅氧材料；M包括Mg、Al、Zn、Ca、Ba、B或其任意组合；以及0<y<3，且0.5<z<6。2.根据权利要求1所述的负极材料，其中所述MySiOz层包括Mg2SiO4、Al2SiO5、Zn2SiO4、CaSiO3、BaSiO3或其任意组合。3.根据权利要求1所述的负极材料，其中MySiOz层的厚度为0.2-3μm。4.根据权利要求1所述的负极材料，其进一步包括碳层，所述碳层包覆所述MySiOz层的至少一部分。5.根据权利要求4所述的负极材料，其中所述碳层的厚度为1-500nm。6.根据权利要求1所述的负极材料，其中基于所述负极材料的总重量，Li元素的重量百分比为2-20wt％。7.根据权利要求1所述的负极材料，其中基于所述负极材料的总重量，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：张成波，易婷，崔航，谢远森，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35