硅氧锂颗粒团聚体及其制备方法、负极材料、极片和电池技术

本申请提供一种用于电极材料的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，所述硅氧锂颗粒团聚体包括：硅氧锂颗粒，包括：内核颗粒，包括硅元素、氧元素和锂元素，所述内核颗粒中各元素含量摩尔比如下：锂元素/硅元素为X，氧元素/硅元素为Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5；和碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒；以及碳层，粘结多个所述硅氧锂颗粒，并包覆多个所述硅氧锂颗粒。该硅氧锂颗粒团聚体具有良好的耐水性、低膨胀率、高循环保持率等优势。

【技术实现步骤摘要】
硅氧锂颗粒团聚体及其制备方法、负极材料、极片和电池
本申请涉及电池领域，具体地，涉及硅氧锂颗粒团聚体及其制备方法、负极材料、极片和电池。
技术介绍
由于近年来各种便携式电子设备、电动汽车以及储能系统的快速发展和广泛应用，对于能量密度高、循环寿命长的锂离子电池的需求日益迫切。目前商业化的锂离子电池的负极材料主要为石墨，但由于理论容量低，限制锂离子电池能量密度的进一步提高。由于硅负极材料具有其它负极材料无法匹敌的高容量优势，近些年来成为研发热点，并逐渐从实验室研发走向商业应用。
技术介绍
部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不代表本领域的现有技术。
技术实现思路
本申请提供一种用于电极材料的硅氧锂颗粒团聚体，该硅氧锂颗粒团聚体具有良好的耐水性、低膨胀率、高循环保持率等优势。根据本申请一个方面，所述硅氧锂颗粒团聚体包括：硅氧锂颗粒，包括：内核颗粒，包括硅元素、氧元素和锂元素，所述内核颗粒中各元素含量摩尔比如下：锂元素/硅元素为X，氧元素/硅元素为Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5，优选为0.3≤X≤1.5，0.8≤Y≤1.2，更可选地，0.4≤X≤1，0.9≤Y≤1.1；和碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒；以及碳层，粘结多个所述硅氧锂颗粒，并包覆多个所述硅氧锂颗粒。根据本申请一些实施例，所述内核颗粒包括：硅酸锂系化合物基质；和单质硅纳米颗粒，均匀分散于所述硅酸锂系化合物基质中。根据本申请一些实施例，所述单质硅纳米颗粒中值粒径为0.1～25纳米，优选为0.3～15纳米。根据本申请一些实施例，所述内核颗粒中值粒径为0.05～20微米，优选为0.3～15微米，更为优选为3～10微米。根据本申请一些实施例，所述内核颗粒粒径跨度值(SPAN＝(D90-D10)/D50)≤2.0，优选为≤1.7，更为优选为≤1.3。根据本申请一些实施例，所述碳化硅壳层厚度为1～200纳米，优选为8～100纳米。根据本申请一些实施例，所述碳层厚度为1～2000纳米，优选为3～500纳米，更优选为5～200纳米。根据本申请一些实施例，所述碳层占所述硅氧锂颗粒团聚体质量的0.1～15％，优选为0.5～10％，更优选为1～5％。具体地，所述碳层材料由葡萄糖、蔗糖、壳聚糖、淀粉、柠檬酸、明胶、海藻酸、羧甲基纤维素、煤沥青、石油沥青、酚醛树脂、焦油、萘油、蒽油、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种前驱体材料的组合经热处理得到。根据本申请一些实施例，所述硅氧锂颗粒团聚体还包括：导电添加剂，均匀分散于所述硅氧锂颗粒团聚体内部和外表面。根据本申请一些实施例，所述导电添加剂包括：SuperP、科琴黑、气相生长碳纤维、乙炔黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。根据本申请一些实施例，所述导电添加剂占所述硅氧锂颗粒质量比为0.01～10wt％，优选为0.03～5wt％。根据本申请一些实施例，所述硅氧锂颗粒团聚体的中值粒径为1～40微米，优选为3～20微米，更优选为3.5～15微米。根据本申请一些实施例，所述硅氧锂颗粒团聚体的粒径跨度值≤1.5，优选为≤1.35，更优选为≤1.2。根据本申请一些实施例，所述硅氧锂颗粒团聚体的比表面积为0.1～10m2/g，优选为0.3～6m2/g，更优选为0.5～4m2/g。根据本申请一些实施例，所述振实密度≥0.6g/cm3，优选≥0.8g/cm3。根据本申请另一方面，还提供一种硅氧锂颗粒团聚体的制备方法，包括以下步骤：对硅氧颗粒进行表面处理；形成团聚体、碳层及碳化硅层，将所述硅氧颗粒与碳前驱体材料混合、造粒、热处理；进行嵌锂处理，对所述具有碳化硅层和碳层的硅氧颗粒团聚体进行嵌锂处理。根据本申请一些实施例，所述对硅氧颗粒进行表面处理，包括：气相处理或液相处理。根据本申请一些实施例，对硅氧颗粒进行表面处理在于形成一层富氧的活性硅氧化合物壳层，该壳层可在后续热处理(包括碳化过程)工艺中同碳源前驱体反应生成碳化硅壳层。根据本申请一些实施例，所述气相处理包括选用氧气、水蒸气、空气中的一种或多种气氛，将所述硅氧颗粒进行加热处理，加热时间为10～600分钟，加热温度为300～1100℃。进一步地，所述气相处理可以选择将硅氧颗粒置于管式炉、气氛箱式炉、推板窑、辊道窑或回转炉中的任意一种，在含有氧气、空气或水蒸气中的一种或多种气体的气氛下进行加热处理，氧含量可以在100ppm～100％之间，水蒸气含量可以在1ppm-20％之间，加热时间可以在10～600min之间，加热处理温度可以在300～1100℃之间。根据本申请一些实施例，所述液相处理包括：将所述硅氧颗粒浸泡于水或双氧水溶液或硝酸溶液中；其中，所述双氧水溶液或硝酸溶液浓度为≤30％，所述液相处理温度为0～100℃，优选为10～85℃，更优选为20～60℃，所述液相处理时间为10～600分钟，优选为20～360分钟，更优选为40～240分钟。根据本申请一些实施例，所述形成团聚体、碳层及碳化硅层包括：在所述硅氧颗粒与碳前驱体材料混合、造粒步骤中包括加入导电添加剂。根据本申请一些实施例，所述形成团聚体、碳层及碳化硅层，还包括：将所述硅氧颗粒与碳前驱体材料混合造粒后在非氧化性气氛中进行热处理(碳化过程)，随后打散处理。具体地，所述混合、造粒的设备可选择同时具有加热和搅拌功能，包括但不限于VC混合机、机械融合机、包覆釜或反应釜。具体地，造粒过程中所述VC混合机、机械融合机、包覆釜或反应釜中搅拌部件最大直径处的线速度为1～30m/s；温度可选自100～1050℃，时间为0.5～10小时，并由惰性气氛保护。在此过程中，碳前驱体材料软化，在不停的高速搅拌过程中均匀涂覆在硅氧颗粒表面，同时，涂覆有碳前驱体的多个硅氧一次颗粒相互粘接团聚，形成一定尺寸的硅氧颗粒/碳前驱体复合团聚体。上述团聚体在VC混合机、机械融合机、包覆釜或反应釜中长时间高频次的剪切、挤压、碰撞下会越发致密，同时在加热条件下碳前驱体会部分脱去小分子挥发物，部分交联、碳化，从而使团聚体定形。具体地，造粒的设备还可以是喷雾干燥设备。所述喷雾干燥设备处理含有硅氧颗粒、碳前驱体的浆料时，设备的喷头将浆料雾化成小液滴，液滴中的溶剂在设备中一定温度的热空气的作用下迅速蒸发，经旋风收集后得到干燥的硅氧颗粒/碳前驱体复合团聚体。更进一步地，所述热处理(包括碳化过程)设备包括管式炉、气氛箱式炉、推板窑、辊道窑或回转炉。碳化反应的温度为800～1200℃，可选地，所述碳化反应的温度为900～1100℃；处理时间可以为0.5～24小时。具体地，所述非氧化性气氛由下述至少一种气体提供：氮气、氩气、氢气、氦气。具体地，打散设备包括采用气流粉碎机、球磨机、涡轮式粉碎机、雷蒙磨、犁刀粉碎机、齿盘磨中的任意一种。根据本申请一些实施例，所述进行嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电极材料的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，所述硅氧锂颗粒团聚体包括：/n硅氧锂颗粒，包括：/n内核颗粒，包括硅元素、氧元素和锂元素，所述内核颗粒中各元素含量摩尔比如下：锂元素/硅元素为X，氧元素/硅元素为Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5；和/n碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒；以及/n碳层，粘结多个所述硅氧锂颗粒，并包覆多个所述硅氧锂颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电极材料的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，所述硅氧锂颗粒团聚体包括：
硅氧锂颗粒，包括：
内核颗粒，包括硅元素、氧元素和锂元素，所述内核颗粒中各元素含量摩尔比如下：锂元素/硅元素为X，氧元素/硅元素为Y，0.1≤X＜2，0.5≤Y≤1.5；和
碳化硅壳层，包覆所述内核颗粒；以及
碳层，粘结多个所述硅氧锂颗粒，并包覆多个所述硅氧锂颗粒。


2.根据权利要求1所述的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，所述内核颗粒包括：
硅酸锂系化合物基质；和
单质硅纳米颗粒，均匀分散于所述硅酸锂系化合物基质中。


3.根据权利要求1所述的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，所述碳层占所述硅氧锂颗粒团聚体质量的0.1～15％，优选为0.5～10％，更优选为1～5％。


4.根据权利要求1所述的硅氧锂颗粒团聚体，其特征在于，还包括：
导电添加剂，均匀分散于所述硅氧锂颗粒团聚体外表面和硅氧锂颗粒之间。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，张和宝，查道松，罗姝，王岑，
申请(专利权)人：安普瑞斯南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32