锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用，所述负极材料为：碳包覆的硅氧化物粉末；其中，所述碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8；硅氧化物为S i O

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、长寿命和环保性的特点，是目前最具吸引力的储能装置之一，被广泛的应用于手机、笔记本电脑和数码相机等便携式电子产品的市场。同时，它们也被认为是电动汽车和固定式能源储存系统的首选电源。然而，目前仍无法满足高功率电动汽车和大规模储能领域不断增长的需求。因为现在大多数商业化的LIBs采用了基于嵌入反应的负极材料，例如石墨和Li4Ti5O12。这种负极材料具有突出的循环寿命但容量有限的特征，而相对低的容量严重限制了锂离子电池的能量密度。在为LIBs探寻新兴负极材料的过程中，硅(Si)被认为是最有希望替代石墨的候选材料。因为它是地壳中第二丰富的元素，并具有超高的理论容量(4200mAh/g)。然而，在锂化/脱锂的过程中Si严重的体积膨胀，以及纳米结构Si高昂的生产成本，都严重阻碍了其进一步广泛的应用。最近的研究发现硅氧化物(SiOx)是有希望替代单质硅的一种热门材料，一方面是硅氧化物有着较高的理论容量(1700mAh/g)，最主要的是在第一次锂化过程中原位产生的氧化锂和硅酸锂等副产物可以缓冲大的体积变化并改善循环的稳定性。专利CN105960727B中通过控制硅氧化物的众数径，D50以及D90指标等对材料的粒度进行了控制。但这些参数控制的粒度分布是不均匀的，呈现左宽右窄的分布，其结果是材料存在大量的细粉，而大量的细粉存在会导致其作为锂离子电池负极材料在循环中的快速衰减。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用，通过合理控制材料粒径分布，尤其是细粉及大颗粒分布，达到循环性能提升的目的。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料，所述负极材料为：碳包覆的硅氧化物粉末；其中，所述碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8；硅氧化物为SiOx，0.9＜x＜1.1；碳包覆层占所述碳包覆硅氧化物粉末的质量比不超过10％。优选的，所述碳包覆层占所述碳包覆硅氧化物粉末的质量比为1％-8％。第二方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池负极，包括上述第一方面所述的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料。第三方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池，包括上述第一方面所述的碳包覆硅氧化物负极材料，或者，包括上述第二方面所述的锂离子电池负极。第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料的制备方法，包括：将硅氧化物原料进行破碎和分级，得到SiOx粉末；其中，0.9＜x＜1.1；对SiOx粉末进行碳包覆处理，得到用以制备锂离子电池负极的碳包覆硅氧化物粉末；所述碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8。优选的，所述对SiOx粉末进行碳包覆处理，得到碳包覆硅氧化物粉末具体包括：将SiOx粉末放入回转炉中，在保护气氛下，以设定升温速率升温至700℃-1100℃，通入碳源气体并保温4-12小时，冷却后即得所述碳包覆硅氧化物粉末。进一步优选的，所述设定升温速率为120℃/h-300℃/h。进一步优选的，所述碳源气体包括：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、乙炔、甲苯、二甲苯、苯蒸汽中的一种或者几种的混合物。进一步优选的，所述保护气氛为：氮气、氩气、氢气中的一种或任意比例的几种混合，通入流量为0.2mL/min～2L/min。进一步优选的，所述碳包覆硅氧化物粉末中，碳包覆层占所述碳包覆硅氧化物粉末的质量比不超过10％。本专利技术实施例提供的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料及其制备方法和应用，通过合理控制材料粒径分布，尤其是细粉及大颗粒分布，以及Dn10/Dv10的比值，达到循环性能提升的目的，并通过对材料进行包覆处理，改善材料的电导率，进一步优化材料作为锂离子电池负极材料的循环性能。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例提供的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的实施例1制备所得材料的粒度分布图；图3为本专利技术实施例提供的实施例2制备所得材料的粒度分布图；图4为本专利技术实施例提供的实施例3制备所得材料的粒度分布图；图5为本专利技术实施例提供的对比例1制备所得材料的粒度分布图；图6为本专利技术实施例提供的对比例2制备所得材料的粒度分布图；图7为本专利技术实施例提供的对比例3制备所得材料的粒度分布图。具体实施方式下面通过附图和具体的实施例，对本专利技术进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本专利技术，即并不意于限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供了一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料，具体为：碳包覆的硅氧化物粉末；其中，碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8；硅氧化物为SiOx，0.9＜x＜1.1；碳包覆层占碳包覆硅氧化物粉末的质量比不超过10％，更优选的，碳包覆层占碳包覆硅氧化物粉末的质量比为1％-8％。其中，Dn10是指数量分布中，累计到10％所对应的颗粒直径；Dv10是指体积分布中，累计到10％所对应的颗粒直径；Dv50是指体积分布中，累计到50％所对应的直径；Dv99是指体积分布中，累计到99％所对应的直径。本专利技术涉及的粒径数据是通过马尔文激光粒度度测试得到。本专利技术通过严格控制硅氧化物的粒度分布，尤其是控制材料的细粉以及大颗粒分布，来有效改善其作为锂离子电池负极材料的循环性能。一方面，如果细粉含量过多，该材料作为锂离子电池负极材料在电池体系中的活性太高，在循环过程中不断的消耗电解液，导致最终循坏的衰减。另一方面，如果大颗粒太多，或存在过大颗粒(Dv99＞25μm)，则也会影响锂离子电池负极材料的循环性能。这主要是因为大颗粒的膨胀相对更大，在循环过程中巨大的膨胀会导致颗粒的粉化，电解液的消化，活性物质和集流体分离，而且SiOx本身的电导率差，颗粒过大，嵌脱锂更加困难，从而加速电池的失效。本专利技术的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料可以通过如下制备方法获得。其具体实施方法步骤如图1所示，包括：步骤110，将硅氧化物原料进行破碎和分级，得到SiOx(0.9＜x＜1.1)粉末；具体的，破碎可以为采用气流粉碎机进行破碎，也可以具体包括粗碎和细碎两个过程。其中粗碎可以采用对辊机、鄂破机或气流粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料，其特征在于，所述负极材料为：碳包覆的硅氧化物粉末；/n其中，所述碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8；/n硅氧化物为Si O

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料，其特征在于，所述负极材料为：碳包覆的硅氧化物粉末；
其中，所述碳包覆硅氧化物粉末的Dv99＜25μm，3.0μm≤Dv50≤7.0μm，1.0μm≤Dn10≤4.0μm，0.5≤Dn10/Dv10≤0.8；
硅氧化物为SiOx，0.9＜x＜1.1；碳包覆层占所述碳包覆硅氧化物粉末的质量比不超过10％。


2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述碳包覆层占所述碳包覆硅氧化物粉末的质量比为1％-8％。


3.一种锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极包括上述权利要求1或2所述的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料。


4.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求1或2所述的碳包覆硅氧化物负极材料，或者，包括上述权利要求3所述的锂离子电池负极。


5.一种权利要求1或2所述的锂离子电池碳包覆硅氧化物负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将硅氧化物原料进行破碎和分级，得到SiOx粉末；其中，0.9＜x＜1.1；
对SiOx粉末进行碳包覆处理，得到用以制备锂离子电池负极的碳包覆硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华清，李辉，刘芳，冯苏宁，
申请(专利权)人：溧阳紫宸新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32