负极活性材料、电化学装置和电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种负极活性材料、电化学装置和电子装置。该负极活性材料包括碳硅氧颗粒和位于所述碳硅氧颗粒表面的氧化铝层，其中所述碳硅氧颗粒以SiC

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、电化学装置和电子装置


[0001]本申请涉及储能领域，具体涉及一种负极活性材料、电化学装置和电子装置。

技术介绍

[0002]近年来，由于硅的可逆容量高达4200mAh/g，被认为是最可能大规模应用的锂离子电池负极材料。但是硅在充放电过程中会发生约400％的体积膨胀，超高的体积膨胀造成固体电解质界面(SEI)的破坏，由于界面破坏而露出的新鲜材料表面会不断消耗电解液，导致SEI的反复形成。硅氧材料虽然在容量上相比纯硅有一定的降低，但是硅氧材料在一定程度上可以显著降低体积膨胀。合理地设计硅氧材料的硅氧比、颗粒大小和优化电池制备工艺等，可以使得其体积膨胀仅有120％，但是这仍然无法满足目前锂离子电池高循环寿命的要求。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术存在的问题，本申请提供一种负极活性材料及包含该负极活性材料的电化学装置。该负极活性材料用于电化学装置时，能够显著改善电化学装置的循环性能。
[0004]在第一方面，本申请提供的负极活性材料包括碳硅氧颗粒和位于碳硅氧颗粒表面的氧化铝层，其中碳硅氧颗粒以SiC
x
O
y
表示，0＜x＜0.04，0.8＜y＜1.2。碳硅氧颗粒表面的氧化铝(Al2O3)可以与电解液分解产生的HF发生反应，抑制碳硅氧颗粒表面硅氢键(Si
‑
H)的生成，进而抑制碳硅氧颗粒的团聚，改善碳硅氧材料界面的稳定，从而改善使用该负极活性材料的电化学装置的容量保持率和膨胀率。
[0005]根据本申请的一些实施方式，SiC
x
O
y
中，0.01≤x≤0.035，0.85≤y≤1.0。随着x值增大，负极活性材料中碳含量升高，活性硅的含量降低，使得负极活性材料的克容量降低，电化学装置在相同容量设计下的循环容量保持率降低同时膨胀率升高。随着x值减小，负极活性材料中碳含量降低，活性硅的含量提高，虽然负极活性材料的克容量升高，但是结构稳定性变差，电化学装置在相同容量设计下的循环容量保持率降低同时膨胀率升高。
[0006]根据本申请的一些实施方式，氧化铝层的厚度为0.5nm至10nm。当氧化铝层厚度较小时，Al含量降低，界面的离子传导性会改善，材料的克容量轻微提升。但是，由于氧化铝层变薄，抵抗HF腐蚀效果变弱，导致电化学装置的循环容量保持率降低和膨胀率上升。氧化铝层厚度较大时，Al含量升高，界面的离子传导性会变差，材料的克容量降低。同时氧化铝层过厚会导致Al2O3和HF反应后生成的H2O增多，使得电解液分解加速，产生更多的HF，无法实现界面的有效保护，进而导致电化学装置的循环容量保持率降低和膨胀率上升。
[0007]根据本申请的一些实施方式，基于负极活性材料的质量，硅元素的含量为a％，其中45≤a≤70。硅含量过高时，负极活性材料的膨胀过大，材料的循环性能变差，硅含量过低时，负极活性材料的克容量偏低，相应的电化学装置的能量密度偏低。根据本专利技术的一些实施方式，基于负极活性材料的质量，碳元素的含量为b％，其中0.9≤b≤11。碳含量过低时，
硅碳键(Si
‑
C)变少，使得负极活性材料的稳定性变差，进而导致电化学装置的循环容量保持率降低和膨胀率上升。基于所述负极活性材料的质量，铝元素的含量为c％，其中0.04≤c≤1.0。铝含量过高时，界面的离子传导性变差，导致电化学装置的循环性能和膨胀性能变差，铝含量过低时，对碳硅氧材料界面的保护作用减弱，同样会导致电化学装置的循环性能和膨胀性能变差。
[0008]根据本申请的一些实施方式，基于负极活性材料的质量，硅元素的含量a％与铝元素的含量c％满足0.001≤c/a≤0.015。根据本申请的一些实施方式，基于负极活性材料的质量，碳元素的含量b％与铝元素的含量c％满足0.008≤c/b≤0.30。
[0009]根据本专利技术的一些实施方式，该负极活性材料满足如下条件(d)至(g)中的至少一者：(d)碳硅氧颗粒的Dv50的范围为2.5μm至10μm；(e)碳硅氧颗粒的粒径分布满足：0.3≤Dn10/Dv50≤0.6；(f)碳硅氧颗粒在X射线衍射图案中2θ归属于28.0
°
至29.0
°
范围内最高强度数值为I2，归属于20.5
°
至21.5
°
范围内最高强度数值为I1，其中0<I2/I1≤1；(g)碳硅氧颗粒的比表面积为1m2/g至50m2/g。
[0010]根据本专利技术的一些实施方式，负极活性材料的粉末电导率为2.0S/cm至30S/cm。
[0011]根据本申请的一些实施方式，负极活性材料还包括石墨，石墨的加入可以提高负极活性材料的克容量。在一些实施方式中，石墨包括天然石墨、人造石墨或中间相碳微球中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，负极活性材料的制备方法包括使碳硅氧材料与铝源进行沉积反应，得到反应产物；对反应产物进行焙烧。
[0013]根据本申请的一些实施方式，焙烧温度为300℃至800℃。焙烧温度降低，铝氧键(Al
‑
O)之间的键合能变弱，负极活性材料表面氧化铝的稳定性变差，导致氧化铝对界面的保护作用变差，进而导致电化学装置的循环容量保持率降低和膨胀率上升。焙烧温度升高，硅氧键(Si
‑
O)之间的键合能变强，出现晶华现象，导致循环过程中应力分布不均匀，会产生更多的新界面，进而导致电化学装置的循环容量保持率降低和膨胀率上升。
[0014]根据本申请的一些实施方式，焙烧时间为1h至5h。焙烧时间过短，导致Al
‑
O之间的结合强度，Al
‑
O之间键合不充分，表面氧化铝的稳定性变差，导致氧化铝对界面的保护作用变差，进而导致电化学装置的容量保持率降低和膨胀率升高。焙烧时间过长，导致硅酸盐相的增多，硅硅键(Si
‑
Si)的结合强度变弱和Si
‑
O键的结合强度增强，进而使得材料的结构稳定性变差，导致电化学装置的的容量保持率降低和膨胀率上升。
[0015]在第二方面，本申请提供一种电化学装置，其包括负极，负极包括第一方面的负极活性材料。根据本申请的一些实施方式，负极的膜片电阻为0.2Ω至1Ω。
[0016]在第三方面，本申请提供一种电子装置，其包括本申请第二方面所述的电化学装置。
[0017]本申请提供了一种负极活性材料，该负极活性材料中碳掺杂硅氧材料表面上存在氧化铝层，利用氧化铝层的存在保护硅材料界面不被HF等腐蚀，有效地改善了材料的界面稳定性，进而提高了包含该活性材料的电化学装置的循环性能。
附图说明
[0018]图1为本申请一个实施方式的负极活性材料的结构示意图，其中1代表SiC
x
O
y
，2代
表氧化铝层。
[0019]图2为本申请实施例1的负极活性材料的EDS分层图像。
[0020]图3为本申请实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极活性材料，包括碳硅氧颗粒和位于所述碳硅氧颗粒表面的氧化铝层，其中所述碳硅氧颗粒以SiC
x
O
y
表示，0＜x＜0.04，0.8＜y＜1.2。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，0.01≤x≤0.035，0.85≤y≤1.0。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述氧化铝层的厚度为0.5nm至10nm。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述负极活性材料满足如下条件(a)至(c)中的至少一者：(a)基于所述负极活性材料的质量，所述硅元素的含量为a％，其中45≤a≤70；(b)基于所述负极活性材料的质量，所述碳元素的含量为b％，其中0.9≤b≤11；(c)基于所述负极活性材料的质量，所述铝元素的含量为c％，其中0.04≤c≤1.0。5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于所述负极活性材料的质量，所述硅元素的含量为a％，所述铝元素的含量为c％，其中0.001≤c/a≤0.015；和/或所述碳元素的含量为b％，所述铝元素的含量为c％，其中0.008≤c/b≤0.30。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述负极活性材料满足如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，
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：