硅基负极活性材料、二次电池及用电装置的制作方法

本申请涉及电池，尤其涉及一种硅基负极活性材料、二次电池及用电装置。

背景技术：

1、近年来，随着二次电池的应用范围越来越广泛，二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。

2、硅基材料因其容量高被认为是具有前景的负极活性材料之一。由于二次电池取得了极大的发展，因此对其电化学性能也提出了更高的要求。因此，本领域仍需要性能更好的硅基负极活性材料。

技术实现思路

1、鉴于上述课题，本申请提供一种新型硅基负极活性材料、二次电池及用电装置，下面分别描述。

2、在第一方面，本申请提供一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料包括含碱土金属元素的硅酸盐相，且所述硅基负极活性材料中同时含有k元素和fe元素。

3、在以上方案中，硅基负极活性材料含有k元素和fe元素组合，该特定组合改善了硅基负极活性材料的首次库伦效率和动力学性能。k元素和fe元素的组合取得了预料不到的协同作用，二者联合取得的技术效果显著优于二者分别使用的简单加和。不受以下理论的限制，含有fe元素改善了负极活性材料在嵌入/脱出活性离子(锂离子)过程中活性离子及电子的传导性能，抑制循环过程中的负极阻抗增加，提高材料的倍率性能，同时k元素与硅氧材料反应生成的钾硅酸盐有利于提高负极活性材料的容量发挥，从而提高二次电池的首次库伦效率。因此，采用本申请的负极活性材料，使得二次电池能够在具有较高能量密度的前提下，同时兼顾较高的首次库伦效率及较好的倍率性能。

4、在一些实施方案中，所述k元素的含量大于fe元素的含量。在上述比例范围内，k元素和fe元素表现出预料不到的协同作用，显著改善了硅基负极活性材料的首次库伦效率和动力学性能。

5、在一些实施方案中，所述k元素和所述fe元素的质量比大于等于8:1；可选为10:1至36:1。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和动力学性能。

6、在一些实施方案中，所述k元素的含量为400ppm以上，可选为800ppm至2000ppm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和动力学性能。

7、在一些实施方案中，所述fe元素的含量为500ppm以下，可选为30ppm至400ppm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和动力学性能。

8、在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的体积平均粒径dv50为4μm-10μm，可选为5μm-8μm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善动力学性能。

9、在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的比表面积为6m2/g以下，可选为3m2/g-5m2/g。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率。

10、在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料在4mpa压力下的粉体体积电阻率为6ω·cm以下，可选为0.5ω·cm-4.5ω·cm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的动力学性能。

11、在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料在49000n压力下的压实密度为1.4-1.8g/cm3，可选为1.5-1.7g/cm3。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的能量密度。

12、在一些实施方案中，所述含碱土金属元素的硅酸盐相包括含镁的硅酸盐相，且所述含镁的硅酸盐相的半峰宽小于等于0.50°。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率和动力学性能。

13、在一些实施方案中，所述含碱土金属元素的硅酸盐相包括含镁的硅酸盐相，且所述含镁的硅酸盐相的晶粒尺寸小于等于21nm。在上述方案中，硅基负极活性材料具有改善的容量发挥和导离子率。

14、在一些实施方案中，所述硅基负极活性材料的至少部分表面具有包覆层。

15、在第二方面，本申请提供上述任一项所述的硅基负极活性材料的制备方法，包括

16、提供含有si元素、o元素、k元素、fe元素和碱土金属元素的原料；

17、采用气相沉积方法，加热所述原料形成蒸气，然后冷却所述蒸气形成沉积物；

18、将沉积物粉碎，获得粉碎产物。

19、在一些实施方案中，硅基负极活性材料的制备方法还包括：

20、对粉碎产物进行包覆处理，获得有包覆层的产物。

21、在一些实施方案中，在加热所述原料形成蒸气的操作中，加热的温度为1100-1550℃。

22、在一些实施方案中，在冷却所述蒸气形成沉积物的操作中，冷却的温度为700-900℃。

23、在第三方面，本申请提供一种二次电池，包括负极，所述负极包括上述任一项所述的硅基负极活性材料。

24、在第四方面，本申请提供一种用电装置，包括上述任一项所述的二次电池。

25、有益效果

26、本申请一个或多个实施方式具有以下一项或多项有益效果：

27、(1)k元素和fe元素取得了预料不到的协同作用，二者联合取得的技术效果显著优于二者分别使用的简单加和。

28、(2)硅基负极活性材料具有改善的首次库伦效率；

29、(3)硅基负极活性材料具有改善的动力学性能；

30、(4)硅基负极活性材料具有较高的能量密度。

1.一种硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料包括含碱土金属元素的硅酸盐，且所述硅基负极活性材料中同时含有k元素和fe元素。

2.根据权利要求1所述的硅基负极活性材料，其中，所述k元素的含量大于fe元素的含量。

3.根据权利要求1-2任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述k元素和所述fe元素的质量比大于等于8:1；可选为10:1至36:1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述k元素的含量为400ppm以上，可选为800ppm至2000ppm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的硅基负极活性材料，其中，所述fe元素的含量为500ppm以下，可选为30ppm至400ppm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的硅基负极活性材料，其具有以下一项或多项特征：

7.根据权利要求1-6任一项所述的硅基负极活性材料，所述硅基负极活性材料的至少部分表面具有包覆层。

8.权利要求1-7任一项所述的硅基负极活性材料的制备方法，包括

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

10.根据权利要求8-9任一项所述的方法，其具有以下一项或多项特征：

11.一种二次电池，包括负极，所述负极包括权利要求1-7任一项所述的硅基负极活性材料。

12.一种用电装置，包括根据权利要求11所述的二次电池。