CN114975955A

CN114975955A - 一种硅基材料和电池

Info

Publication number: CN114975955A
Application number: CN202210704756.9A
Authority: CN
Inventors: 范洪生; 刘春洋; 曾长安; 汪辉; 李素丽; 李俊义; 其他发明人请求不公开姓名
Original assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-06-21
Also published as: CN114975955B

Abstract

本申请涉及锂离子电池领域，具体涉及一种硅基材料和电池。该硅基材料包括硅氧化物基质，及分散在硅氧化物基质中的二氧化硅颗粒和硅颗粒。本发明的硅基材料在循环过程中不会破裂，且表面SEI膜生长缓慢。基于上述硅基材料制成负极片，该负极片可以表现出低的循环厚度膨胀率。由所述负极片组装成锂离子电池，该锂离子电池可以表现出优异的循环容量保持率。

Description

一种硅基材料和电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，具体涉及一种硅基材料和电池。

背景技术

随着消费者对电动汽车续航里程的要求不断提高，高能量密度成为锂离子电池未来发展的重要方向。传统的石墨负极材料克容量可到350～360mAh/g，这一数值已非常接近层状石墨结构的理论比容量372mAh/g。使用具有更高克容量的负极材料是提高电池能量密度的最有效途径之一。

硅在常温下的储锂容量约为3579mAh/g，是石墨的9.6倍，在高能量密度方向上极具应用前景。但是，超高的储锂容量伴随着巨大的体积膨胀。结构分析表明，硅在满嵌锂时的体积膨胀率超过300％，这一数值远高于石墨的膨胀率12％。体积膨胀过大会引发颗粒破碎、粉化或脱落等现象，并导致颗粒表面固体电解质界面膜(solid electrolyteinterface,SEI)持续破裂、生长和增厚，进而造成活性材料损失、活性锂损失和极化增大等不良影响，使得电池循环失效过早发生。

因此，亟需一种具有高结构稳定性的硅基材料，以减小体积膨胀带来的不利影响，并使之能够满足高能量密度电池的应用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种硅基材料和电池。该硅基材料在循环过程中不会破裂，且表面SEI膜生长缓慢；基于该硅基材料制成的负极片可以表现出低的循环厚度膨胀率；由该负极片组装成的锂离子电池可以表现出优异的循环容量保持率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硅基材料，该硅基材料包括硅氧化物基质，及分散在硅氧化物基质中的二氧化硅颗粒和硅颗粒。

作为优选，硅氧化物基质中，O元素与Si元素的摩尔比n_O/n_Si为0.9～1.3。

作为优选，二氧化硅颗粒为结晶态的二氧化硅颗粒，平均粒径为20～50nm。

作为优选，硅颗粒为结晶态的硅颗粒，平均粒径为3～15nm。

作为优选，以重量份计，硅基材料中各物质的含量为：

硅氧化物基质 60～90份

二氧化硅颗粒 5～15份

硅颗粒 5～20份。

作为优选，硅基材料还包括铌钨氧化物，铌钨氧化物包覆于硅氧化物基质表面。

在本发明中，铌钨氧化物为(Nb₂O₅)_u(WO₃)_v、Nb₂O₅/WO₃中的至少一种；其中v/u为0.1～2.0，包括但不限于Nb₁₆W₅O₅₅、Nb₁₈W₈O₆₉，铌钨氧化物可以是纯的化合物，也可以是几种化合物的混合物；Nb₂O₅/WO₃为Nb₂O₅和WO₃的混合物，Nb₂O₅/WO₃中所述WO₃与所述Nb₂O₅的摩尔比为0.1～2.0。

优选地，以重量份计，硅基材料中各物质的含量为：

作为优选，硅基材料的中值粒径为4～15μm。

本发明还提供了一种上述硅基材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在惰性气体保护下，将硅氧化物粉体、二氧化硅颗粒和硅颗粒混合，得到第一混合料；

(2)在惰性气体保护下，对第一混合料进行煅烧处理，破碎，得到第一粉体。

作为优选，步骤(2)之后还包括：

(3)将铌钨氧化物粉体和第一粉体混合，得到第二混合料；

(4)在惰性气体保护下，对第二混合料进行煅烧处理，破碎。

作为优选，硅氧化物的制备方法为：将二氧化硅粉与硅粉按摩尔比为0.8～1.9进行混合，在10^-6～10^-4MPa气压、1000～1200℃温度下，使混合物反应6～10h，生成的气体冷凝后得到固体；在惰性气体保护下，将固体粉碎，得到硅氧化物。

作为优选，二氧化硅颗粒为粉碎后的二氧化硅颗粒，平均粒径为20～50nm；

作为优选，硅颗粒为粉碎后的硅颗粒，平均粒径为3～15nm。

作为优选，步骤(2)中，煅烧处理的升温速度为1～3℃/min，温度为1000～1400℃，时间为3～5h。

作为优选，铌钨氧化物的制备原料为Nb₂O₅和WO₃的混合物，所述WO₃与所述Nb₂O₅的摩尔比为0.1～2.0。

作为优选，步骤(4)中，煅烧处理的升温速度为1～3℃/min，温度为700～900℃，时间为3～5h。

作为优选，惰性气体包括但不限于氮气、氦气、氩气、氙气、氡气中的至少一种。

发明还提供了一种电极片，包括集流体和设置于集流体上的电极活性物质；该电极活性物质包括上述硅基材料。

本发明还提供了一种电极活性物质，包括上述硅基材料和电池领域可接受的活性物质。

优选地，电极活性物质中，硅基材料的含量为1wt％～30wt％。

优选地，电池领域可接受的活性物质包括但不限于碳负极活性物质、导电剂、粘结剂中的至少一种。

碳负极活性物质可以选自常规的碳负极活性物质，示范例地可以选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、有机聚合物化合物碳中的至少一种。

导电剂可以选自常规的导电材料，示范例地可以选自碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、单壁碳管、多壁碳管中的至少一种。

粘结剂可以选自常规的粘结剂，示范例地可以选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、环氧树脂中的至少一种。

本发明还提供了一种电极片，包括集流体和上述电极活性物质，电极活性物质设置于集流体上。

作为优选，集流体包括但不限于铜箔、铝箔中的至少一种。

在本发明提供的实施例中，铜箔可以选自普通铜箔和/或涂炭铜箔。

本发明还提供了一种电池，包括上述电极片。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括正极片、隔膜、电解液和上述电极片。

优选地，锂离子电池还包括壳体。

本发明提供了一种硅基材料和电池。该硅基材料包括硅氧化物基质，及分散在硅氧化物基质中的二氧化硅颗粒和硅颗粒。与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

(1)本发明所述硅基材料包括克容量为1300～1900mAh/g的无定形硅氧化物和克容量为3579mAh/g的硅颗粒，且两者分别占硅基材料总重量的60wt％～90wt％和5wt％～20wt％，因此具有远高于石墨的克容量。

(2)本发明所述硅颗粒的平均粒径为3～15nm，可以保证在充放电循环中不破碎。这些硅颗粒分散在无定形硅氧化物基质中，借助无定形硅氧化物韧性高的特点，可以抑制充放电循环中硅颗粒结合、变大。

(3)在无定形氧化物基质中，还分散了二氧化硅颗粒，这些二氧化硅颗粒为结晶态，平均粒径为20～50nm，在充放电循环过程中能够保持惰性，且自身具有较高的硬度，与无定形硅氧化物组合后形成兼具硬度和韧性的结构体。这种结构体具有更高的稳定性，可以有效抑制硅基材料颗粒破裂的现象，从而大大增强材料的循环性能。

(4)本发明还在硅基材料表面设置了铌钨氧化物包覆层。所述铌钨氧化层具有三维锂离子传输通道，倍率性能优异，将其设置在硅基材料表面，既可以改善硅基材料表面电流分布的均匀性，也可以避免活性硅组分与电解液直接接触，抑制电解液对硅基材料的腐蚀，减慢SEI膜的生长速度，进一步增强硅基材料的循环稳定性。

综上，本发明的硅基材料在循环过程中不会破裂，且表面SEI膜生长缓慢。基于上述硅基材料制成负极片，该负极片可以表现出低的循环厚度膨胀率。由所述负极片组装成锂离子电池，该锂离子电池可以表现出优异的循环容量保持率。

附图说明

图1为本发明的硅基材料结构示意图；

图2为实施例1硅基材料的XRD特征谱图；

图3为对比例2硅基材料的XRD特征谱图；

图4为各实施例和对比例硅基材料对应锂离子电池的容量保持率曲线；

图5为各实施例和对比例硅基材料对应负极片的涂层厚度膨胀率曲线；

图6a为实施例1硅基材料的截面SEM照片，图6b为实施例1硅基材料循环测试500周后的截面SEM照片；

图7a为对比例2硅基材料的截面SEM照片，图7b为对比例2硅基材料循环测试300周后的截面SEM照片。

具体实施方式

本发明公开了一种硅基材料和电池，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

本发明提供了一种硅基材料，所述硅基材料包括：硅氧化物基质；二氧化硅颗粒，分散在硅氧化物基质中；硅颗粒，分散在硅氧化物基质中；以及铌钨氧化物，设置在硅氧化物基质的表面上。

所述硅氧化物是由Si元素和O元素组成的无定形结构。所述硅氧化物中，O元素和Si元素的摩尔比n_O/n_Si为0.9至1.3。基于硅基材料的总重量，硅氧化物的量为60wt％至90wt％。

所述二氧化硅颗粒为结晶态颗粒，平均粒径为20nm至50nm。基于硅基材料的总重量，二氧化硅颗粒的量为5wt％至15wt％。

所述硅颗粒为结晶态颗粒，平均粒径为3nm至15nm。基于硅基材料的总重量，硅颗粒的量为5wt％至20wt％。

所述铌钨氧化物由Nb元素、W元素和O元素组成，化学组成可表示为(Nb₂O₅)_u(WO₃)_v，其中v/u为0.1至2.0。基于硅基材料的总重量，铌钨氧化物的量为1wt％至10wt％。

所述硅基材料的中值粒径为4μm至15μm。

本发明还提供了一种负极片，所述负极片包括：集流体；以及负极活性物质，该负极活性物质包括硅基材料。基于负极活性物质的总重量，硅基材料的量可以为1wt％至30wt％。

本发明还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：负极，包括所述的负极片；正极；以及电解液。

对于硅基材料中二氧化硅、硅颗粒的平均粒径，可以使用XRD(X射线衍射)的方式确定。例如，使用岛津XRD-6100型X射线衍射仪进行测试，以Cu的Kα线为入射光照射硅基材料，以2θ为横坐标，得到20°到40°区间的衍射图谱；二氧化硅颗粒在26°至27°区间内有特征衍射峰，硅颗粒在27.5°至29.5°区间内有特征衍射峰；借助晶体学领域熟知的谢乐公式，即d＝Kλ/(Bcosθ)，可以得到硅基材料中二氧化硅和硅颗粒的平均粒径d。

对于硅基材料的中值粒径，采用激光粒度测试方法。例如，使用Malvern粒度测试仪进行测量，测试步骤如下：将硅基材料分散在含有分散剂(如壬基酚聚氧乙烯醚，含量约0.03wt％)的去离子水中，形成混合物，将混合物超声2分钟，然后放入到Malvern粒度测试仪内进行测试。所述中值粒径对应的是在体积基准的粒度分布中，50％的颗粒粒径小于该值。

本发明中所用材料等均可通过商业途径购得。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例1

根据本发明所述的硅基材料的结构示意图在图1中被展示。如图1所示，硅基材料包括硅氧化物基质11、分散在硅氧化物基质11中的二氧化硅颗粒12、分散在硅氧化物基质中11中的硅颗粒13以及设置在硅氧化物基质11表面上的铌钨氧化物14。

本实施例1硅基材料采用下述方法获得：

1)将硅粉与二氧化硅粉按SiO₂/Si摩尔比为1.22进行混合，得到混合料A1；在10^-6～10^-4MPa气压、1100℃温度下，使混合物A1反应8h，生成气体，冷凝后得到固体A2；在惰性气体保护下，使用振动球磨机粉碎固体A2，振动频率为1200rpm，每工作1h静置0.5h，总工作时长12h，得到粉体A3；

2)在惰性气体保护下，使用振动球磨机粉碎结晶态硅，振动频率为1800rpm，每工作0.5h静置0.5h，总工作时长12h，得到粉体B；

3)在惰性气体保护下，使用振动球磨机粉碎结晶态二氧化硅，振动频率为1200rpm，每工作1h静置0.5h，总工作时长12h，得到粉体C；

4)在惰性气体保护下，使用高速搅拌机将粉体A3、粉体B、粉体C按重量比为75:10:10混合，搅拌旋转频率1500rpm，工作时长30min，得到混合料D1；在惰性气体保护下，对混合料D1进行煅烧处理，升温速度为2℃/min，煅烧温度为1200℃，煅烧时间为4h，自然冷却后得到固体D2；使用卧式球磨机破碎固体D2，旋转频率为200rpm，每工作1h静置0.5h，总工作时长4h，得到粉体D3；

5)将Nb₂O₅粉与WO₃粉按WO₃/Nb₂O₅摩尔比为0.625进行混合，得到混合料E1；使用振动球磨机细化混合料E1，振动频率为1800rpm，每工作0.5h静置0.5h，总工作时长12h，得到粉体E2；使用高速搅拌机将粉体E2与粉体D3按重量比为5:95混合，搅拌旋转频率为1500rpm，工作时长30min，得到混合料E3；在惰性气体保护下，对混合料E3进行煅烧处理，升温速度为2℃/min，煅烧温度为800℃，煅烧时间为4h，自然冷却后得到固体E4；使用卧式球磨机破碎固体E4，旋转频率为200rpm，每工作1h静置0.5h，总工作时长4h，得到硅基材料。

本实施例硅基材料具有如下特征：

1)含有硅氧化物基质，为无定形态，且O元素和Si元素的摩尔比n_O/n_Si为1.1；基于硅基材料的总重量，硅氧化物的量为75wt％。

2)含有硅颗粒，为结晶态，分散在硅氧化物基质中；硅颗粒的平均粒径为4nm；基于硅基材料的总重量，硅颗粒的量为10wt％。

3)含有二氧化硅颗粒，为结晶态，分散在硅氧化物基质中；二氧化硅颗粒的平均粒径为30nm；基于硅基材料的总重量，二氧化硅颗粒的量为10wt％。

4)含有铌钨氧化物(Nb₁₆W₅O₅₅)，设置在硅氧化物基质的表面上；基于硅基材料的总重量，铌钨氧化物的量为5wt％。

5)硅基材料的中值粒径为9μm。

图2示出了本实施例硅基材料的XRD特征谱图，从谱图中可观察到Si和SiO₂纳米晶粒的衍射峰，通过谢乐公式可以估算出二氧化硅颗粒和硅颗粒的平均粒径。

实施例2

本实施例的硅基材料的结构与实施例1相近，唯一不同的是在硅氧化物基质11表面上没有设置铌钨氧化物14。

对比例1

本对比例硅基材料采用与实施例2相似的方法获得，所不同的是本对比例不添加粉体C，而粉体A3与粉体B的重量比为85:10。

本对比例硅基材料与实施例1硅基材料的区别在于，本对比例硅基材料不含有铌钨氧化物和二氧化硅晶体颗粒。

对比例2

本对比例硅基材料采用与实施例1相似的方法获得，所不同的是本对比例不添加粉体C，而粉体A3与粉体B的重量比为85:10，且对第5)步进行调整：

将粉体D3放入管式炉中，在惰性气氛下以2℃/min升温到700℃，然后以200mL/min的速度通入体积比例为90:10的氩气/乙炔混合气体，保温15min，自然冷却，得到硅基材料。

本对比例硅基材料与实施例1硅基材料的区别在于，本对比例硅基材料不含有铌钨氧化物和二氧化硅晶体颗粒，且以无定形碳作为表面包覆物。

图3示出了本对比例硅基材料的XRD特征谱图，与实施例1相比少了SiO₂纳米晶粒的衍射峰。

对比例3

本对比例硅基材料采用与实施例1相似的方法获得，所不同的是本对比例不添加粉体C，而粉体A3与粉体B的重量比为85:10。

本对比例硅基材料与实施例1硅基材料的区别在于，本对比例硅基材料不含有二氧化硅晶体颗粒。

对比例4

本对比例硅基材料采用与实施例1相似的方法获得，所不同的是对第5)步进行调整：

本对比例硅基材料与实施例1硅基材料的区别在于，本对比例硅基材料不含有铌钨氧化物，而是以无定形碳作为表面包覆物。

扣式电池的制作与测试

(1)负极片的制备

将硅基材料(实施例1-2和对比例1-4的硅基材料)、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、碳黑、单壁碳管按照质量比85:2:5.5:7:0.5进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料，并涂覆在铜箔上，80℃烘干后切片，然后转移到100℃真空烘箱中干燥12h。在干燥环境中辊压后，压实为约1.4g/cm³，随后用冲片机制成直径为约1.2cm的圆片。

(2)扣式电池的制备

在惰性气氛下，向碳酸亚乙酯(EC)中快速加入13wt％的充分干燥的六氟磷酸锂(LiPF₆)和10wt％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，搅拌均匀，得到所需的电解液。

在手套箱中，以实施例3负极片为工作电极，以金属锂片作为对电极，以聚乙烯隔膜为隔膜，加入电解液，组装成扣式电池。

(3)扣式电池的性能测试

使用蓝电(LAND)测试系统，以50mA/g的电流放电至0.005V，静置10min，以50mA/g充电至1.5V，计算负极材料的克容量和首次效率。

表1各实施例和对比例的硅基材料的颗粒和首效数据

组别	克容量(mAh/g)	首效
			实施例1	1568	78.1％
实施例2	1640	78.0％
			对比例1	1808	77.7％
对比例2	1720	77.7％
			对比例3	1728	77.8％
对比例4	1560	78.0％

从表中可以看出，各实施例和对比例硅基材料的克容量均在1500mAh/g以上，且首效约为78％。其中，对比例1-3不含惰性成分二氧化硅颗粒，且硅氧化物含量更高，因此具有较高的克容量和较低的首效。

锂离子电池的制备与测试

(1)负极片的制备

将硅基材料(实施例1-2和对比例1-4的硅基材料)、石墨、导电剂和粘结剂混合，得到负极浆料，将该负极浆料涂覆在集流体上，烘干后切片，然后干燥，最后进行辊压、分切，得到负极片。

具体地，对于实施例1和对比例4的硅基材料，可以采用如下步骤获得负极片：

将硅基材料、人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、碳黑和单壁碳纳米管按照质量比14.4:81.6:1.5:1.5:0.9:0.1进行混合，加入去离子水，在真空搅拌机作用下获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在厚度为8μm的铜箔上并烘干，得到含有负极涂层的铜箔，所述负极涂层的面密度为5.5mg/cm²；将上述含有负极涂层的铜箔转移至100℃烘箱干燥10h，以1.65g/cm³的压实进行辊压，然后分切，得到负极片。

对于实施例2的硅基材料，可以采用以上步骤获得负极片，但为了保证负极片单位面密度可逆容量与实施例1相近，需要调整硅基材料、人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、碳黑和单壁碳纳米管的质量比为13.6:82.4:1.5:1.5:0.9:0.1。

对于对比例1的硅基材料，可以采用以上步骤获得负极片，但为了保证负极片单位面密度可逆容量与实施例1相近，需要调整硅基材料、人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、碳黑和单壁碳纳米管的质量比为12.0:84.0:1.5:1.5:0.9:0.1。

对于对比例2和对比例3的硅基材料，可以采用以上步骤获得负极片，但为了保证负极片单位面密度可逆容量与实施例1相近，需要调整硅基材料、人造石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、碳黑和单壁碳纳米管的质量比为12.8:83.2:1.5:1.5:0.9:0.1。

(2)锂离子电池的制备

1)将正极活性材料、粘结剂、导电剂混合，得到正极浆料，将正极浆料均匀涂覆于集流体上，烘干后切片，然后干燥，最后进行辊压、分切，得到正极片。

具体地，可以采用如下步骤获得正极片：

将钴酸锂、聚偏氟乙烯、碳黑按照质量比96:2:2进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮，在真空搅拌机作用下搅拌，直至混合成均匀的正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于厚度为12μm的铝箔上并烘干，得到含有正极涂层的铝箔，所述正极涂层的面密度为17.5mg/cm²；将上述含有正极涂层的铝箔转入120℃的烘箱中干燥8h，以4.1g/cm³的压实密度进行辊压，然后分切，得到所需的正极极片。

2)配制电解液，所述电解液为非水电解液，包括碳酸酯溶剂和锂盐。

具体地，可以采用如下步骤获得电解液：

在惰性气氛下，按照质量比例为EC：PC：PP：LiPF₆：FEC：PS＝13:13:50:15:5:4配制混合溶液，搅拌均匀，得到所需的电解液。

3)将正极片、隔膜、负极片(采用实施例1-2、对比例1-4硅基材料制备的实施例5负极片)按顺序叠放好，保证隔膜处于正、负极片之间起到隔离的作用，然后通过卷绕得到裸电芯。将裸电芯置于铝塑膜壳体中并干燥，将电解液注入到裸电芯中，经过封装、静置、化成、二封、分选等工序，获得所需的锂离子电池。

具体地，本实施例选用8μm厚的聚乙烯隔膜。

(3)锂离子电池的性能测试

本实施例采用如下的测试步骤：

1)使用蓝电(LAND)测试系统，测试温度为25℃；

2)以1.5C恒流充电至4.48V，恒压充电到0.1C，静置10min，1C放电至3V，得到初始放电容量；

3)以1.5C恒流充电至3.83V，恒压充电至0.02C，拆解电池并测量负极片涂层的厚度，以此为初始涂层厚度；

4)以1.5C恒流充电至4.48V，恒压充电到0.1C，静置10min，1C放电至3V，静置10min，以此充放电步骤进行循环测试，基于初始放电容量可以得到每周容量保持率；

5)前200周每隔50周、200周后每隔100周拆解满电态电池并测试负极片涂层厚度，基于初始涂层厚度可以得到每100周厚度膨胀率。

图4示出了各实施例和对比例硅基材料对应锂离子电池的容量保持率曲线。

图5示出了各实施例和对比例硅基材料对应负极片的涂层厚度膨胀率曲线。

从图中可以看出，对比例1硅基材料既不含有二氧化硅晶体颗粒，也不含有铌钨氧化物包覆层，结构稳定性差，对应的循环容量保持率衰减快，厚度膨胀率增长快，循环性能差。实施例2与对比例1相比，硅基材料含有二氧化硅晶体颗粒，体相结构稳定性增强，对应的循环容量保持率和厚度膨胀率明显优于对比例1。对比例2与对比例1相比，硅基材料表面多了无定形碳包覆层，其循环性能好于对比例1，但改善效果不明显。对比例3与对比例1相比，硅基材料表面多了铌钨氧化物包覆层，其循环性能较对比例1和对比例2都有一定的改善。对比例4与实施例2相比，硅基材表面多了无定形碳包覆层，其循环性能好于实施例2，但改善程度较小。实施例1硅基材料含有二氧化硅晶体颗粒-无定形硅氧化物结构基体，以及铌钨氧化物包覆层，其体相和界面稳定性相对于各对比例和实施例2显著增强，因此表现出明显优于各对比例和实施例2的循环性能。

图6a示出了实施例1硅基材料的截面SEM照片，图6b示出了实施例1硅基材料循环测试500周后的截面SEM照片。

图7a示出了对比例2硅基材料的截面SEM照片，图7b示出了对比例2硅基材料循环测试300周后的截面SEM照片。

从图中可以看出，本发明实施例1硅基材料结构稳定，表面SEI膜厚度约为440nm。而对比例2硅基材料经过300周循环测试后，颗粒内部已经出现明显的裂纹，表面SEI膜厚度达到750nm。这与循环容量衰减和负极片涂层厚度增长相对应，显示出实施例1材料具有更好的循环性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种硅基材料，其特征在于，所述硅基材料包括硅氧化物基质，及分散在硅氧化物基质中的二氧化硅颗粒和硅颗粒。

2.根据权利要求1所述的硅基材料，其特征在于，所述硅氧化物基质中，O元素与Si元素的摩尔比n_O/n_Si为0.9～1.3。

3.根据权利要求1所述的硅基材料，其特征在于，所述二氧化硅颗粒为结晶态的二氧化硅颗粒，硅颗粒为结晶态的硅颗粒。

4.根据权利要求1所述的硅基材料，其特征在于，以重量份计，所述硅基材料中各物质的含量为：

硅氧化物基质 60～90份

二氧化硅颗粒 5～15份

硅颗粒 5～20份。

5.根据权利要求1所述的硅基材料，其特征在于，所述硅基材料还包括铌钨氧化物，所述铌钨氧化物包覆于所述硅氧化物基质表面。

6.根据权利要求5所述的硅基材料，其特征在于，所述铌钨氧化物为(Nb₂O₅)_u(WO₃)_v、Nb₂O₅/WO₃中的至少一种；其中v/u为0.1～2.0；所述Nb₂O₅/WO₃中所述WO₃与所述Nb₂O₅的摩尔比为0.1～2.0。

7.根据权利要求5所述的硅基材料，其特征在于，以重量份计，所述硅基材料中各物质的含量为：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的硅基材料，其特征在于，所述硅基材料的中值粒径为4～15μm。

9.一种电极片，其特征在于，包括集流体和设置于集流体上的电极活性物质；所述电极活性物质包括权利要求1至8中任一项所述的硅基材料。

10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的电极片。