1.本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅氧材料、其制備方法及用途，尤其在于提供一種元素?fù)诫s的硅氧材料、其制備方法及用途。

背景技術(shù)：

2.鋰電池的四大主材為：正極、負(fù)極、隔膜和電解液，而正極材料和負(fù)極材料的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率對(duì)鋰電池的功率密度具有決定性影響。負(fù)極材料的離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率低于正極材料，所以負(fù)極材料為鋰電池提升功率密度的短板，決定鋰電池的功率密度。

3.硅氧材料具有約2500mah/g的理論克容量已經(jīng)成功應(yīng)用在鋰離子電池的負(fù)極材料中，但是硅材料為半導(dǎo)體，離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率都差于石墨材料。因此硅氧材料的動(dòng)力學(xué)性能差于石墨，在快充過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致硅氧材料表面析鋰。為了改善硅氧材料的電導(dǎo)率，可以在硅氧材料表面包覆碳層。

4.例如cn105958036a公開(kāi)了一種鋰離子電池的碳包覆硅負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：先將硅粉進(jìn)行液相分散，接著與第一碳包覆層和分散劑一起分散；除去溶劑，將得到的固體材料進(jìn)行高溫碳化處理，得到初級(jí)碳包覆硅負(fù)極材料；制備第二碳包覆材料的分散液，將初級(jí)碳包覆硅材料分散到第二碳包覆材料的分散液中，再除去溶劑并進(jìn)行二次焙燒得到二次碳包覆硅負(fù)極材料。碳層的主要目的為：降低硅氧材料的嵌鋰勢(shì)壘，提升硅氧材料的動(dòng)力學(xué)性能，但是碳包覆層不能提升硅氧材料中硅單質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能。

5.cn 109768246a公開(kāi)了一種用于鋰離子電池的納米硅復(fù)合陽(yáng)極材料，其制備方法包括以下步驟：b1、以含有sio

x

相的固體顆粒為基體，以mg/li/na/k/ca/sr/ba/ti/zr/b/al/co單質(zhì)、合金或固溶體為摻雜原料，將摻雜原料加熱到200℃

?

700℃，使摻雜原料升華，形成摻雜蒸汽；b2、將含有sio

x

相的固體顆粒加入到反應(yīng)器中，在真空條件下或者氬氣流攜帶下，將摻雜蒸汽通入到反應(yīng)器中，加熱反應(yīng)器到500

?

800℃，使得摻雜蒸汽與含有siox相的固體顆粒接觸并發(fā)生氣固反應(yīng)；b3、氣固反應(yīng)0.5

?

24h后，停止通入摻雜蒸汽，在惰性氣體保護(hù)下將反應(yīng)后的固體顆粒轉(zhuǎn)移至新的腔室，壓力控制在0.8

?

2.0atm，在800℃

?

1100℃下熱處理2

?

8h，同時(shí)通入氣體碳源進(jìn)行cvd包覆；b4、包覆完成后，冷卻至室溫，取出物料，解聚過(guò)篩得到粉末產(chǎn)品。但是，無(wú)法提升硅氧材料的電導(dǎo)率。

6.因此，有必要提供一種改善硅單質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而改善硅基負(fù)極電導(dǎo)率的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種硅氧材料、其制備方法及用途，尤其在于提供一種元素?fù)诫s的硅氧材料、其制備方法及用途。本發(fā)明的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率，提高了采用其作為負(fù)極活性物質(zhì)的鋰離子電池的電化學(xué)性能。

8.為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

9.第一方面，本發(fā)明提供一種硅氧材料，尤其是一種元素?fù)诫s的硅氧材料，所述硅氧材料的制備原料包括摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)，所述摻雜元素m包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。

10.本發(fā)明的硅氧材料，由于采用第三主族和/或第五主族的元素對(duì)si單質(zhì)進(jìn)行摻雜，改變了硅單質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而可以使si單質(zhì)在與sio2等原料氧化還原反應(yīng)制備硅氧材料時(shí)，硅氧材料形成界面團(tuán)簇混合模型，其中的si元素具有導(dǎo)體屬性，從而使得到的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率。

11.本發(fā)明對(duì)硅氧材料的制備原料si單質(zhì)進(jìn)行特定元素的摻雜，相比于現(xiàn)有技術(shù)對(duì)硅氧材料產(chǎn)品摻雜，二者存在明顯不同：現(xiàn)有技術(shù)對(duì)硅氧材料進(jìn)行摻雜目的為提升硅氧材料的首效，該方法無(wú)法提升硅氧材料的電導(dǎo)率，導(dǎo)致硅氧材料的綜合電化學(xué)性能不佳；而本發(fā)明對(duì)原料si單質(zhì)進(jìn)行摻雜目的為提升si單質(zhì)的電導(dǎo)率，進(jìn)而提升硅氧材料的電導(dǎo)率，通過(guò)這種方式不僅可以提升硅氧材料的電導(dǎo)率又可以提升硅氧材料的首效，對(duì)電化學(xué)性能的改善效果優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。

12.以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過(guò)以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。

13.本發(fā)明中，摻雜元素m包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。所述組合典型但非限制性實(shí)例有：硼和鋁的組合，硼和鎵的組合，硼和氮的組合，鋁和氮的組合，鋁和磷的組合，硼和磷的組合，硼、鋁和氮的組合，鋁、氮和磷的組合等。優(yōu)選為硼或磷中的任意一種或兩種的組合，或者硼、鋁、鎵和銦的組合，或者氮、磷、砷和銻的組合。通過(guò)采用同族元素進(jìn)行摻雜可以形成相同的結(jié)構(gòu)。

14.本發(fā)明所述硅氧材料的化學(xué)式為sio

x

，0<x<2(例如0.5、0.7、0.8、1或1.5等)，優(yōu)選為sio。

15.本發(fā)明所述摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)為p型或n型。

16.優(yōu)選地，以摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)總質(zhì)量為100％計(jì)，所述m元素的摻雜量為0.01％～0.1％，摻雜量過(guò)少對(duì)si單質(zhì)的電導(dǎo)率提升效果不明顯，摻雜量過(guò)多影響si單質(zhì)的克容量，0.01％～0.1％摻雜量既可以保證si單質(zhì)的克容量又可以顯著提升si單質(zhì)的電導(dǎo)率。

17.優(yōu)選地，所述硅氧材料表面設(shè)置有碳包覆層，通過(guò)設(shè)置碳包覆層可以進(jìn)一步提升材料的電導(dǎo)率。

18.優(yōu)選地，所述硅氧材料經(jīng)li和/或mg摻雜。通過(guò)摻雜可以提前形成鎂硅酸鹽和/或鋰硅酸鹽，以代替首次嵌鋰活性鋰的消耗，能夠提升硅氧材料的首效。

19.第二方面，本發(fā)明提供如第一方面所述的硅氧材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

20.(1)在反應(yīng)爐內(nèi)，對(duì)摻雜元素m的原料進(jìn)行加熱使其氣化得到摻雜元素氣體，所得摻雜元素氣體與si單質(zhì)接觸并反應(yīng)，得到摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)；

21.(2)采用摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)與sio2反應(yīng)，制備硅氧材料。

22.本發(fā)明的方法中，對(duì)所述摻雜元素m的原料的具體種類(lèi)不作限定，例如可以是摻雜元素的單質(zhì)、包含摻雜元素的合金或礦物等。只要能產(chǎn)生摻雜元素氣體并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)si單質(zhì)的摻雜即可。

23.本發(fā)明的方法中，對(duì)反應(yīng)爐的類(lèi)型不作限定，例如可以是管式爐。

24.對(duì)于步驟(1)，示例性的操作方式例如：

25.將si單質(zhì)放入管式爐的石英舟中，使用固

?

固擴(kuò)散法進(jìn)行si單質(zhì)元素?fù)诫s。固

?

固擴(kuò)散法為：在管式爐三分之一處放置摻雜元素m的原料，三分之二處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜si單質(zhì)。在1000℃環(huán)境下，摻雜元素氣化形成摻雜元素氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素通過(guò)擴(kuò)散方式進(jìn)行si單質(zhì)摻雜。

26.優(yōu)選地，摻雜元素m的原料處的溫度為200℃～800℃(例如200℃、225℃、260℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃或800℃等)，預(yù)摻雜si單質(zhì)處的溫度為800℃～1200℃(例如800℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃或1200℃等)。在此范圍內(nèi)，可以更好地實(shí)現(xiàn)元素對(duì)si單質(zhì)的摻雜形成p型結(jié)構(gòu)或n型結(jié)構(gòu)。

27.對(duì)于步驟(2)，采用摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)與sio2反應(yīng)制備硅氧材料的方法為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的方法進(jìn)行制備，示例性的方法如下：

28.采用摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)和sio2氣化，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，還可以對(duì)塊體sio進(jìn)行粉碎，所述粉碎例如可以在粉碎機(jī)中進(jìn)行。

29.作為本發(fā)明所述方法的又一優(yōu)選技術(shù)方案，所述方法還包括在步驟(2)之后進(jìn)行碳包覆的步驟。通過(guò)碳包覆得到碳包覆的硅氧材料(簡(jiǎn)稱(chēng)為sio

x

/c，0<x<2)，可以進(jìn)一步提升材料的電導(dǎo)率。

30.優(yōu)選地，所述碳包覆為采用化學(xué)氣相沉積的方法在硅氧材料表面生長(zhǎng)碳包覆層，包括：

31.向裝有硅氧材料的反應(yīng)爐中通入碳源氣體和載氣，在800℃～1200℃(例如800℃、850℃、900℃、950℃、975℃、1000℃、1050℃、1100℃或1150℃等)的溫度下碳源氣體分解沉積到硅氧材料的表面并生長(zhǎng)碳包覆層。

32.本發(fā)明對(duì)碳源氣體的種類(lèi)不作限定，包括但不限于甲烷、乙烯或乙炔中的任意一種或至少兩種的組合。

33.優(yōu)選地，所述載氣為氫氣。采用還原性的氫氣作為載氣。

34.優(yōu)選地，碳源氣體和氫氣的流量之比為(1～30):20，例如1:20、3:20、5:20、8:20、10:20、15:20、17:20、20:20、25:20或30:20等，氫氣作為載氣的作用是以一定的流速載帶碳源氣體一起進(jìn)入反應(yīng)爐，載氣只是起載帶而不參與反應(yīng)。因此碳源氣體和氫氣的流量之比為(1～30):20時(shí)，載氣能夠最大發(fā)揮作用并且使用量最少。

35.優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)的時(shí)間為2h～4h，例如2h、2.3h、2.5h、2.7h、3h、3.5h或4h等。

36.作為本發(fā)明所述方法的另一優(yōu)選技術(shù)方案，所述方法還包括采用摻雜元素a的原料對(duì)硅氧材料進(jìn)行摻雜的步驟，所述摻雜元素a為鎂和/或鋰；

37.所述摻雜通過(guò)下述方式進(jìn)行：

38.向步驟(2)所述反應(yīng)的原料中加入摻雜元素a的原料(此方案對(duì)應(yīng)硅氧材料制備前端摻雜)，和/或

39.在氣相沉積之前將硅氧材料與摻雜元素a的原料混合(此方案對(duì)應(yīng)硅氧材料制備后端摻雜)。

40.優(yōu)選地，所述摻雜元素a的原料選自鹽類(lèi)和單質(zhì)中的至少一種。

41.優(yōu)選地，所述摻雜元素a的原料的使用量占摻雜后的硅氧材料總質(zhì)量(即最終制備得到的成品)的3％～8％，例如3％、3.5％、4％、5％、5.5％、6％、7％或8％等。

42.此優(yōu)選技術(shù)方案，通過(guò)在硅氧材料制備前端或者后端進(jìn)行鎂元素和/或鋰元素?fù)诫s，可以提前形成鎂硅酸鹽和/或鋰硅酸鹽，以代替首次嵌鋰活性鋰的消耗，能夠提升硅氧材料的首效。

43.本發(fā)明中，對(duì)鎂鹽和/或鋰鹽的種類(lèi)不作限定，所述鎂鹽例如可以是氯化鎂、硝酸鎂、硫酸鎂、氫氧化鎂等，所述鋰鹽例如可以是氫氧化鋰、碳酸鋰、硝酸鋰、醋酸鋰或硫酸鋰等。

44.本發(fā)明中，鎂鹽和鋰鹽各自獨(dú)立地可以是單一種類(lèi)，也可以是多種的組合。

45.第三方面，本發(fā)明提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求1所述的硅氧材料，或者第二方面所述方法制備得到的硅氧材料。

46.與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

47.本發(fā)明的硅氧材料，由于采用第三主族和/或第五主族的元素對(duì)si單質(zhì)進(jìn)行摻雜，改變了硅單質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而可以使si單質(zhì)在與sio2等原料氧化還原反應(yīng)制備硅氧材料時(shí)，硅氧材料形成界面團(tuán)簇混合模型，且其中的si元素具有導(dǎo)體屬性，從而使得到的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率。

48.本發(fā)明提供了硅基材料的制備方法，通過(guò)前端合成硅氧材料時(shí)進(jìn)行鎂和/或鋰元素?fù)诫s，或者在硅氧材料后端碳包覆熱處理過(guò)程中進(jìn)行鎂和/或鋰元素?fù)诫s，可以提升材料的首效。

附圖說(shuō)明

49.圖1固

?

固擴(kuò)散法元素?fù)诫s示意圖。

具體實(shí)施方式

50.下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

51.實(shí)施例1

52.本實(shí)施例提供一種硼摻雜硅氧材料/c復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

53.(1)將si單質(zhì)放入管式爐的石英舟中，使用固

?

固擴(kuò)散法進(jìn)行si單質(zhì)元素?fù)诫s(示意圖參見(jiàn)圖1)。固

?

固擴(kuò)散法為：在管式爐三分之一處放置摻雜元素b的原料(具體為硼粉)，三分之二處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜si單質(zhì)。設(shè)置加熱溫度為1000℃，硼粉位置處的溫度為800℃，預(yù)摻雜si單質(zhì)處的溫度為800℃，硼粉氣化形成摻雜元素b氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素b通過(guò)擴(kuò)散方式進(jìn)行si單質(zhì)摻雜，得到硼摻雜后的si單質(zhì)，以硼摻雜后的si單質(zhì)的質(zhì)量為100％計(jì)，硼元素的摻雜量為0.05％；

54.(2)硼摻雜后的si單質(zhì)和sio2氣化，硼摻雜后的si單質(zhì)和sio2的摩爾比為1:1，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到粉體硅氧材料；

55.(3)將粉體硅氧材料sio放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為甲烷，碳源氣流量為2sccm，氫氣氣流量為20sccm，在800℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料

sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱4h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

56.實(shí)施例2

57.本實(shí)施例提供一種鋁摻雜硅氧材料/c復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

58.(1)將si單質(zhì)放入管式爐的石英舟中，使用固

?

固擴(kuò)散法進(jìn)行si單質(zhì)元素?fù)诫s。固

?

固擴(kuò)散法為：在管式爐三分之一處放置摻雜元素al的原料(具體為alcl3)，三分之二處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜si單質(zhì)。設(shè)置加熱溫度1000℃環(huán)境下，鋁粉位置處的溫度為800℃，預(yù)摻雜si單質(zhì)處的溫度為800℃，鋁粉氣化形成摻雜元素al氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素al通過(guò)擴(kuò)散方式進(jìn)行si單質(zhì)摻雜，得到鋁摻雜后的si單質(zhì)，以所述鋁摻雜后的si單質(zhì)的質(zhì)量為100％計(jì)，鋁元素的摻雜量為0.02％；

59.(2)鋁摻雜后的si單質(zhì)、氯化鋰和sio2氣化，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到粉體硅氧材料sio；

60.(3)將粉體硅氧材料sio放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為乙烯，碳源氣流量為30sccm，氫氣氣流量為20sccm，在900℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱2h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

61.本實(shí)施例中，步驟(2)氯化鋰的使用量占本實(shí)施例最終制備得到的硅氧材料總質(zhì)量的5％。

62.實(shí)施例3

63.本實(shí)施例提供一種鎵摻雜硅氧材料/c復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

64.(1)將si單質(zhì)放入管式爐的石英舟中，使用固

?

固擴(kuò)散法進(jìn)行si單質(zhì)元素?fù)诫s。固

?

固擴(kuò)散法為：在管式爐三分之一處放置摻雜元素ga的原料(具體為gacl3)，二分之一處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜si單質(zhì)。設(shè)置加熱溫度900℃，鎵粉位置處的溫度為750℃，預(yù)摻雜si單質(zhì)處的溫度為900℃，鎵粉氣化形成摻雜元素ga氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素ga通過(guò)擴(kuò)散方式進(jìn)行si單質(zhì)摻雜，得到鎵摻雜后的si單質(zhì)，以所述鎵摻雜后的si單質(zhì)的質(zhì)量為100％計(jì)，鎵元素的摻雜量為0.04％；

65.(2)鎵摻雜后的si單質(zhì)、氯化鋰和sio2氣化，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到粉體硅氧材料sio；

66.(3)將粉體硅氧材料sio和碳酸鎂的混合物放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為乙烯，碳源氣流量為20sccm，氫氣氣流量為15sccm，在1200℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱3h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

67.本實(shí)施例中，步驟(2)氯化鋰的使用量占本實(shí)施例最終制備得到的硅氧材料總質(zhì)量的3％，步驟(3)碳酸鎂的使用量占本實(shí)施例最終制備得到的硅氧材料總質(zhì)量的5％。

68.實(shí)施例4

69.本實(shí)施例提供一種氮摻雜硅氧材料/c復(fù)合材料，其制備方法包括以下步驟：

70.(1)將si單質(zhì)放入管式爐的石英舟中，使用固

?

固擴(kuò)散法進(jìn)行si單質(zhì)元素?fù)诫s。固

?

固擴(kuò)散法為：在管式爐三分之一處放置摻雜元素n的原料(具體為液氮)，三分之二處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜si單質(zhì)。設(shè)置加熱溫度為1000℃，硼粉位置處的溫度為800℃，預(yù)摻雜si單質(zhì)處的溫度為800℃，液氮?dú)饣纬蓳诫s元素n氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素n通過(guò)

擴(kuò)散方式進(jìn)行si單質(zhì)摻雜，得到氮摻雜后的si單質(zhì)，以所述氮摻雜后的si單質(zhì)的質(zhì)量為100％計(jì)，氮的摻雜量為0.06％；

71.(2)氮摻雜后的si單質(zhì)和sio2氣化，氮摻雜后的si單質(zhì)和sio2的摩爾比為1:1，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，得到粉體硅氧材料sio；

72.(3)將粉體硅氧材料sio和硝酸鋰的混合物放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為乙炔，碳源氣流量為5sccm，氫氣氣流量為25sccm，在1000℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱3.5h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

73.本實(shí)施例中，步驟(3)硝酸鋰的使用量占本實(shí)施例最終制備得到的硅氧材料總質(zhì)量的5％。實(shí)施例5

74.除了將步驟(1)的alcl3替換為磷單質(zhì)，其他方法和條件與實(shí)施例3相同。

75.實(shí)施例6

76.除了將步驟(1)的alcl3替換為磷單質(zhì)和硼單質(zhì)按照質(zhì)量比60:40的混合物為，其他方法和條件與實(shí)施例3相同。

77.實(shí)施例7

78.除了將步驟(3)的硝酸鋰替換為鎂粉和鋰粉按照質(zhì)量比70:30的混合物，其他方法和條件與實(shí)施例5相同。

79.對(duì)比例1

80.(a)采用si單質(zhì)和sio2氣化，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎；

81.(b)將粉體硅氧材料sio放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為甲烷，碳源氣流量為2sccm，氫氣氣流量為20sccm，在800℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱4h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

82.對(duì)比例2

83.(a)采用si單質(zhì)和sio2氣化，在真空環(huán)境下急速冷卻使si+sio2→

2sio，生成的sio為塊體材料，塊體sio材料在粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎；

84.(b)在管式爐三分之一處放置摻雜元素b的原料(具體為硼粉)，三分之二處放置石英舟，石英舟中放置預(yù)摻雜sio材料。設(shè)置加熱溫度為1000℃，硼粉位置處的溫度為800℃，預(yù)摻雜sio材料處的溫度為800℃，硼粉氣化形成摻雜元素b氣氛，在高溫環(huán)境下?lián)诫s元素b通過(guò)擴(kuò)散方式進(jìn)行sio材料摻雜；

85.(c)將硼摻雜的硅氧材料sio放入管式爐中，使用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在硅氧材料sio表面生長(zhǎng)一層碳包覆層。具體碳包覆方法為：向管式爐中通入碳源氣體和氫氣，碳源氣體為甲烷，碳源氣流量為2sccm，氫氣氣流量為20sccm，在800℃溫度下碳源分解沉積到硅氧材料sio的表面并進(jìn)行生長(zhǎng)，加熱4h進(jìn)行反應(yīng)生長(zhǎng)，得到硅氧材料。

86.檢測(cè)：

87.一、電導(dǎo)率測(cè)試方法：

88.將各實(shí)施例與對(duì)比例制備的硅氧負(fù)極材料制備成負(fù)極，負(fù)極涂層中，硅氧負(fù)極材

料與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑sbr的質(zhì)量比為94:3:3。負(fù)極極片使用四探針組合雙電測(cè)量方法進(jìn)行電導(dǎo)率的測(cè)試。

89.二、首效和倍率放電測(cè)試方法：

90.將各實(shí)施例與對(duì)比例制備的硅氧負(fù)極材料制備成負(fù)極，負(fù)極涂層中，硅氧負(fù)極材料與導(dǎo)電劑乙炔黑、粘結(jié)劑sbr的質(zhì)量比為94:3:3。以鋰片作為正極，使用pp隔膜，電解液為1mol/l lipf6+ec+emc(ec和emc的體積比為1:1)，制備成測(cè)試電池，采用藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng)，在25℃條件下，進(jìn)行首效測(cè)試和倍率放電性能測(cè)試。其中首效測(cè)試的工步如下：放電工步：0.1c恒流到0.005v，恒壓到0.005c；充電工步：0.1c恒流到1.5v)。

91.倍率放電性能測(cè)試的工步如下：放電工步：0.1c恒流到0.005v；充電工步：0.1c恒流到1.5v；放電工步：1c恒流到0.005v；充電工步：0.1c恒流到1.5v。

92.測(cè)試結(jié)果如下表所示：

93.表1

[0094][0095][0096]

通過(guò)實(shí)施例1和對(duì)比例1對(duì)比可知，未對(duì)硅單質(zhì)進(jìn)行摻雜，會(huì)導(dǎo)致硅氧材料電導(dǎo)率低，倍率放電性能差。

[0097]

通過(guò)實(shí)施例1和對(duì)比例2對(duì)比可知，直接對(duì)sio進(jìn)行摻雜，會(huì)導(dǎo)致只在硅氧材料表面進(jìn)行摻雜，而硅氧材料的內(nèi)部因?yàn)榉磻?yīng)速率、溫度和摻雜氣氛濃度等原因未進(jìn)行摻雜，進(jìn)而

導(dǎo)致性能劣于對(duì)原料si單質(zhì)摻雜再制備得到的sio。

[0098]

申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)方法，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)方法，即不意味著本發(fā)明必須依賴(lài)上述詳細(xì)方法才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種硅氧材料，其特征在于，所述硅氧材料的制備原料包括摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)，所述摻雜元素m包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅氧材料，其特征在于，所述硅氧材料的化學(xué)式為sio

x

，0<x<2，優(yōu)選為sio。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅氧材料，其特征在于，所述摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)為p型或n型。4.根據(jù)權(quán)利要求1

?

3任一項(xiàng)所述的硅氧材料，其特征在于，以摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)總質(zhì)量為100％計(jì)，所述m元素的摻雜量為0.01％～0.1％；優(yōu)選地，所述硅氧材料表面設(shè)置有碳包覆層；優(yōu)選地，所述硅氧材料經(jīng)li和/或mg摻雜。5.如權(quán)利要求1

?

4任一項(xiàng)所述的硅氧材料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：(1)在反應(yīng)爐內(nèi)，對(duì)摻雜元素m的原料進(jìn)行加熱使其氣化得到摻雜元素氣體，所得摻雜元素氣體與si單質(zhì)接觸并反應(yīng)，得到摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)；(2)采用摻雜元素m摻雜的si單質(zhì)與sio2反應(yīng)，制備硅氧材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在步驟(2)之后進(jìn)行碳包覆的步驟。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳包覆為采用化學(xué)氣相沉積的方法在硅氧材料表面生長(zhǎng)碳包覆層，包括：向裝有硅氧材料的反應(yīng)爐中通入碳源氣體和載氣，在800℃～1200℃的溫度下碳源氣體分解沉積到硅氧材料的表面并生長(zhǎng)碳包覆層；優(yōu)選地，所述載氣為氫氣；優(yōu)選地，碳源氣體和氫氣的流量之比為(1～30):20；優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)的時(shí)間為2h～4h。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括采用摻雜元素a的原料對(duì)硅氧材料進(jìn)行摻雜的步驟，所述摻雜元素a為鎂和/或鋰。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述摻雜通過(guò)下述方式進(jìn)行：向步驟(2)所述反應(yīng)的原料中加入摻雜元素a的原料，和/或在氣相沉積之前將硅氧材料與摻雜元素a的原料混合優(yōu)選地，所述摻雜元素a的原料選自鹽類(lèi)和單質(zhì)中的至少一種；優(yōu)選地，所述摻雜元素a的原料的使用量占摻雜后的硅氧材料總質(zhì)量的3％～8％。10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求1所述的硅氧材料，或者權(quán)利要求5

?

9任一項(xiàng)所述方法制備得到的硅氧材料。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種硅氧材料、其制備方法及用途。所述硅氧材料的制備原料包括摻雜元素M摻雜的Si單質(zhì)，所述摻雜元素M包括硼、鋁、鎵、銦、氮、磷、砷或銻中的任意一種或至少兩種的組合。由于采用第三主族和/或第五主族的元素對(duì)Si單質(zhì)進(jìn)行摻雜，改變了硅單質(zhì)的動(dòng)力學(xué)性能，進(jìn)而可以使Si單質(zhì)在與SiO2等原料氧化還原反應(yīng)制備硅氧材料時(shí)，硅氧材料形成界面團(tuán)簇混合模型，其中的Si元素具有導(dǎo)體屬性，從而使得到的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率。的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率。的硅氧材料具有較高的電導(dǎo)率。

技術(shù)研發(fā)人員：裴大釗 林文佳 曾漢民 徐悅斌 何巍 劉金成

受保護(hù)的技術(shù)使用者：惠州億緯鋰能股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.09

技術(shù)公布日：2021/10/8