本申請涉及電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是涉及一種硅基材料、電化學(xué)裝置以及電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、電化學(xué)裝置，如鋰離子電池，具有比能量大、工作電壓高、自放電率低、體積小、重量輕等特點(diǎn)，在消費(fèi)電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著電動(dòng)汽車和可移動(dòng)電子設(shè)備的高速發(fā)展，人們對鋰離子電池的能量密度、安全性、循環(huán)性能等相關(guān)要求越來越高。其中，硅材料具有高的理論克容量(4200mah/g)，在鋰離子電池中的應(yīng)用有著廣闊的前景。

2、但是，在鋰離子嵌入負(fù)極時(shí)，硅材料會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹和體積收縮，消耗鋰離子電池中的鋰離子和電解液，甚至導(dǎo)致負(fù)極材料破裂，嚴(yán)重影響鋰離子電池的能量密度和循環(huán)性能。因此亟需尋找一種具有較高能量密度的負(fù)極材料，以提高鋰離子電池的循環(huán)性能和膨脹性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種硅基材料、電化學(xué)裝置以及電子設(shè)備，以改善電化學(xué)裝置的體積能量密度、循環(huán)性能和存儲(chǔ)性能。具體技術(shù)方案如下：

2、需要說明的是，本申請的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
中，以鋰離子電池作為電化學(xué)裝置的例子來解釋本申請，但是本申請的電化學(xué)裝置并不僅限于鋰離子電池。

3、本申請的第一方面提供了一種硅基材料，硅基材料包括硅碳材料和硅氧材料，硅碳材料的平均粒徑d150與硅氧材料的平均粒徑d250滿足：1.8<d150/d250<10。

4、在本申請的一種實(shí)施方案中，d150為4μm至10μm，d150優(yōu)選為6μm至8μm。

5、在本申請的一種實(shí)施方案中，d250為0.8μm至3.5μm，d250優(yōu)選為1.5μm至2.5μm。

6、在本申請的一種實(shí)施方案中，基于硅基材料的質(zhì)量，硅碳材料的質(zhì)量百分含量為w1，硅氧材料的質(zhì)量百分含量為w2，2.9<w1/w2<16。

7、在本申請的一種實(shí)施方案中，基于硅基材料的質(zhì)量，硅碳材料的質(zhì)量百分含量w1為70％至95％，硅氧材料的質(zhì)量百分含量w2為5％至30％。

8、在本申請的一種實(shí)施方案中，基于硅碳材料的質(zhì)量，硅碳材料中硅元素的質(zhì)量百分含量為40％至51％，硅碳材料中碳元素的質(zhì)量百分含量為45％至57％。

9、在本申請的一種實(shí)施方案中，基于硅氧材料的質(zhì)量，硅氧材料中硅元素的質(zhì)量百分含量為50％至56％，硅氧材料中氧元素的質(zhì)量百分含量為32％至41％。

10、在本申請的一種實(shí)施方案中，硅基材料的拉曼圖譜中，ia表示拉曼圖譜中521cm-1±15cm-1處a峰的強(qiáng)度，ib表示拉曼圖譜中480cm-1±15cm-1處b峰的強(qiáng)度，0.85<ia/ib<1.4。

11、在本申請的一種實(shí)施方案中，硅碳材料中硅微晶的晶粒尺寸d1小于2.5nm。

12、在本申請的一種實(shí)施方案中，硅氧材料的x射線衍射圖譜中存在硅的結(jié)晶峰，硅氧材料中硅微晶的晶粒尺寸d2為1.6nm至5nm。

13、在本申請的一種實(shí)施方案中，硅碳材料中硅微晶的晶粒尺寸與硅氧材料中硅微晶的晶粒尺寸的比值d1/d2為0.29至0.67。

14、在本申請的一種實(shí)施方案中，硅基材料的壓實(shí)密度為1.0g/cm3至2.2g/cm3。

15、本申請的第二方面提供了一種電化學(xué)裝置，其包括正極極片、隔離膜、負(fù)極極片和電解液。負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在負(fù)極集流體至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層，負(fù)極材料層包括前述任一實(shí)施方案中的硅基材料。

16、本申請的第三方面提供了一種電子設(shè)備，電子設(shè)備包括前述任一實(shí)施方案中的電化學(xué)裝置。

17、本申請的有益效果：

18、硅碳材料中的硅以無定型硅形式存在，其克容量和首效高，循環(huán)性能好，硅氧材料由許多均勻分布的納米級si團(tuán)簇、sio2團(tuán)簇以及sio團(tuán)簇組成，在充放電過程中，li2o基質(zhì)環(huán)繞在lixsi核周圍可充當(dāng)著鋰離子的快速擴(kuò)散通道，而lixsi核周圍的li2o和li4sio4基質(zhì)還可有效釋放膨脹所帶來的應(yīng)力，體積變化相對較小，動(dòng)力學(xué)好。通過大粒徑硅碳材料與小粒徑硅氧材料復(fù)配，當(dāng)d150/d250在本申請范圍內(nèi)時(shí)，可適當(dāng)填充硅碳材料所留孔隙，進(jìn)而提升壓實(shí)密度和顆粒之間的接觸，在兼顧電化學(xué)性能的同時(shí)，提高鋰離子電池的體積能量密度和動(dòng)力學(xué)性能。通過控制d150/d250的比值，復(fù)配合適粒徑的硅碳材料和硅氧材料，可以改善鋰離子電池的溫度系數(shù)、循環(huán)性能和膨脹性能，同時(shí)提升鋰離子電池的體積能量密度。

技術(shù)特征：

1.一種硅基材料，所述硅基材料包括硅碳材料和硅氧材料，所述硅碳材料的平均粒徑d150與所述硅氧材料的平均粒徑d250滿足：1.8<d150/d250<10，其中，d150為4μm至10μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，所述硅氧材料的平均粒徑d250為0.8μm至3.5μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，所述硅碳材料的平均粒徑d150為6μm至8μm，所述硅氧材料的平均粒徑d250為1.5μm至2.5μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，基于所述硅基材料的質(zhì)量，所述硅碳材料的質(zhì)量百分含量為w1，所述硅氧材料的質(zhì)量百分含量為w2，2.9<w1/w2<16。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅基材料，其中，基于所述硅基材料的質(zhì)量，所述硅碳材料的質(zhì)量百分含量w1為70％至95％，所述硅氧材料的質(zhì)量百分含量w2為5％至30％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，基于所述硅碳材料的質(zhì)量，所述硅碳材料中硅元素的質(zhì)量百分含量為40％至51％，所述硅碳材料中碳元素的質(zhì)量百分含量為45％至57％；基于所述硅氧材料的質(zhì)量，所述硅氧材料中硅元素的質(zhì)量百分含量為50％至56％，所述硅氧材料中氧元素的質(zhì)量百分含量為32％至41％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，所述硅基材料的拉曼圖譜中，ia表示拉曼圖譜中521cm-1±15cm-1處a峰的強(qiáng)度，ib表示拉曼圖譜中480cm-1±15cm-1處b峰的強(qiáng)度，0.85<ia/ib<1.4。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，所述硅碳材料中硅微晶的晶粒尺寸小于2.5nm；所述硅氧材料的x射線衍射圖譜中存在硅的結(jié)晶峰，所述硅氧材料中硅微晶的晶粒尺寸為1.6nm至4.5nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的硅基材料，其中，所述硅碳材料中硅微晶的晶粒尺寸與所述硅氧材料中硅微晶的晶粒尺寸的比值為0.29至0.67。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基材料，其中，所述的硅基材料的壓實(shí)密度為1.0g/cm3至2.2g/cm3。

11.一種電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包括正極極片、負(fù)極極片、隔離膜和電解液，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置在所述負(fù)極集流體至少一個(gè)表面上的負(fù)極材料層，所述負(fù)極材料層包括權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的硅基材料。

12.一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包含權(quán)利要求11所述的電化學(xué)裝置。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N硅基材料、電化學(xué)裝置以及電子設(shè)備，硅基材料包括硅碳材料和硅氧材料，硅碳材料的平均粒徑D<subgt;1</subgt;50與硅氧材料的平均粒徑D<subgt;2</subgt;50滿足：1.8<D<subgt;1</subgt;50/D<subgt;2</subgt;50<10，其中，D<subgt;1</subgt;50為4μm至10μm。本申請?zhí)峁┑呢?fù)極材料能夠減小電化學(xué)裝置循環(huán)后的體積膨脹，提高電化學(xué)裝置的體積能量密度和循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：林麗紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2