CN117480634A - 一种负极极片、电化学装置和电子装置 - Google Patents

一种负极极片、电化学装置和电子装置 Download PDF

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CN117480634A CN202280040768.4A CN202280040768A CN117480634A CN 117480634 A CN117480634 A CN 117480634A CN 202280040768 A CN202280040768 A CN 202280040768A CN 117480634 A CN117480634 A CN 117480634A
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Abstract

提供了一种负极极片、电化学装置和电子装置，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括碳掺杂硅氧复合材料和石墨，碳掺杂硅氧复合材料包括碳元素、硅元素和氧元素，碳掺杂硅氧复合材料的颗粒(10)的表面区域(12)中的碳元素含量大于颗粒内部区域(13)中的碳元素含量，其中，基于碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量为2％至10％，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。

Description

一种负极极片、电化学装置和电子装置
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别是涉及一种负极极片、电化学装置和电子装置。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高，能量密度高、循环寿命长、工作温度范围宽等特性，这些优异的特性使锂离子电池在消费电子、动力电池和储能三大领域都实现了广泛应用。
硅材料具有高的理论克容量，在锂离子电池中具有广阔的应用前景。但硅材料在充放电循环过程中，随着锂离子的嵌入和脱出，会发生120％至300％的体积膨胀，导致硅材料粉化并与负极集流体脱离，从而导致负极极片导电性变差，影响锂离子电池的循环性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电化学装置和电子装置，以提高电化学装置的循环性能。
具体技术方案如下：
本申请第一方面提供了一种负极极片，其包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳掺杂硅氧复合材料和石墨，所述碳掺杂硅氧复合材料包括碳元素、硅元素和氧元素，所述碳掺杂硅氧复合材料的颗粒的表面区域中的碳元素含量大于所述颗粒内部区域中的碳元素含量，其中，所述表面区域为沿所述颗粒表面至内部深度为500nm的区域，所述内部区域为所述颗粒中除去所述表面区域以外的区域；其中，基于所述碳掺杂硅氧复合材料中所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述碳掺杂硅氧复合材料中所述碳元素的质量百分含量为2％至10％。本申请提供的负极极片中碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的引入，且碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，以及调控碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量在上述范围内，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述碳掺杂硅氧复合材料中所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述表面区域中所述碳元素的质量百分含量为0.5％至8％。通过调控碳掺杂硅氧复合材料表面区域中碳元素的质量百分含量在上述范围内，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于所述碳掺杂硅氧复合材料中所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述碳掺杂硅氧复合材料中所述硅元素的质量百分含量为40％至60％。通过调控碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量在上述范围内，得到的电化学装置在具有良好的循环性能和膨胀性能的同时，还具有较高的能量密度。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围为0.2μm至20μm，Dv50为4μm至10μm，Dv99为13μm至20μm。通过将碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99调控在上述范围内，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率为0.03S/cm至8S/cm。碳掺杂硅氧复合材料具有上述范围的粉末电导率，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒的所述内部区域形成Si-C键，所述表面区域形成Si-O-C键，有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒的所述表面区域的碳元素的质量含量占所述碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的10％至80％。通过调控表面区域的碳元素的质量含量占碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的占比在上述范围内，有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒中硅元素和氧元素分布均匀，有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，所述石墨包括天然石墨、人造石墨或中间相碳微球等中的至少一种。通过选用上述石墨，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，所述碳掺杂硅氧复合材料与所述石墨的质量比为(3至20):(80至97)。通过将碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比调控在上述范围内，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，所述负极材料层还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。通过选择上述粘结剂，得到的负极材料层具有良好的结构稳定性，有利于提高电化学装置的循环性能。
本申请的第二方面提供了一种电化学装置，其包括前述任一实施方案中的负极极片。因此，本申请提供的电化学装置具有良好的循环性能和膨胀性能。
本申请的第三方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。因此，本申请提供的电子装置具有良好的使用性能。
本申请提供了一种负极极片、电化学装置和电子装置，负极极片包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括碳掺杂硅氧复合材料和石墨，碳掺杂硅氧复合材料包括碳元素、硅元素和氧元素，碳掺杂硅氧复合材料的颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，其中，表面区域为沿颗粒表面至内部深度为500nm的区域，内部区域为颗粒中除去表面区域以外的区域；其中，基于碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量为2％至10％。负极极片中碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的引入，且其颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，在颗粒内部形成Si-C键以及表面区域形成Si-O-C键，在Si-C键和Si-O-C键的协同作用下，能够限制循环过程中硅晶粒的生长，降低负极活性材料粉化的风险并改善其膨胀性能，还能够提升颗粒表面的稳定性，降低被电解液刻蚀的风险以改善电化学装置的循环性能。因而，本申请提供的负极极片具有良好的导电性，将其应用于电化学装置中，能够改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一些实施例中的碳掺杂硅氧复合材料颗粒的结构示意图；
图2为实施例1-1中的碳掺杂硅氧复合材料的X射线能谱仪(EDS)图像；
图3为图1中的EDS分层图像对应的氧元素在碳掺杂硅氧复合材料中的分布图像；
图4为图1中的EDS分层图像对应的硅元素在碳掺杂硅氧复合材料中的分布图像；
图5为图1中的EDS分层图像对应的碳元素在碳掺杂硅氧复合材料中的分布图像。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在以下内容中，以锂离子电池作为电化学装置的例子来解释本申请，但是本申请的电化学装置并不仅限于锂离子电池。具体技术方案如下：
本申请第一方面提供了一种负极极片，其包括负极活性材料层，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料包括碳掺杂硅氧复合材料和石墨，碳掺杂硅氧复合材料包括碳元素、硅元素和氧元素，碳掺杂硅氧复合材料的颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，其中，表面区域为沿颗粒表面至内部深度为500nm的区域，内部区域为颗粒中除去表面区域以外的区域；其中，基于碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量为2％至10％。示例性地，图1示出了本申请一些实施例中碳掺杂硅氧复合材料的颗粒10的结构示意图，颗粒10包括表面区域12和内部区域13，颗粒10内部的箭头所示方向为沿颗粒10表面11向颗粒10内部延伸的方向，图中所示的距离d为沿颗粒10表面11向颗粒10内部延伸的深度，表面区域12即为沿颗粒10表面11至内部深度d为500nm的区域，内部区域13为颗粒10中除去表面区域11以外的区域。
负极极片中碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的引入，且碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，在颗粒内部区域形成Si-C键以及表面区域形成Si-O-C键，在Si-C键和Si-O-C键的协同作用下，可以限制循环过程中颗粒内部硅晶粒的生长，降低负极活性材料粉化的风险并改善其膨胀性能，还能够提升颗粒表面的稳定性，降低被电解液刻蚀的风险以改善电化学装置的循环性能。从而，本申请提供的负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料在循环过程中不易粉化，负极极片具有良好的导电性，而且负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，将本申请提供的负极极片应用于电化学装置中，能够改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
具体地，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量可以为2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％或为上述任意两个数值组成的范围。当碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量过低时，例如低于2％，在碳掺杂硅氧复合材料颗粒内部形成Si-C键和颗粒表面区域形成的Si-O-C键较少，不能有效限制循环过程中硅晶粒的生长，对颗粒表面的稳定性改善不明显，颗粒在充放电循环过程中容易粉化且影响颗粒的膨胀性能以及负极极片的导电性。当碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量过高时，例如高于10％，会影响碳掺杂硅氧复合材料的克容量和首次库伦效率，进而影响电化学装置的能量密度。将碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量调控在上述范围内，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，使得电化学装置具有较高能量密度的同时，还有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
整体而言，本申请提供的负极极片中碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的引入，且碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，以及调控碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量在上述范围内，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，表面区域中碳元素的质量百分含量为0.5％至8％。例如，表面区域中碳元素的质量百分含量可以为0.5％、2％、4％、6％、8％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控碳掺杂硅氧复合材料表面区域中碳元素的质量百分含量在上述范围内，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，基于碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量为40％至60％。例如，碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量可以为40％、45％、50％、55％、60％或为上述任意两个数值组成的范围。通过调控碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量在上述范围内，能够发挥硅材料高容量的特点，同时负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，负极极片具有良好的导电性，从而得到的电化学装置在具有良好的循环性能和膨胀性能的同时，还具有较高的能量密度。
在本申请中，基于碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，碳掺杂硅氧复合材料中氧元素的质量百分含量为：100％－(硅元素的质量百分含量+碳元素的质量百分含量)。需要说明的是，碳掺杂硅氧复合材料中通常会包含一些含量较低(例如质量百分含量小于或等于0.1％)的杂质元素，本申请在计算碳元素、硅元素和氧元素的质量百分含量时不考虑上述杂质元素。
本申请对表面区域中硅元素和氧元素的质量百分含量没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，基于碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量总和，表面区域中硅元素的质量百分含量可以为0.5％至8％，表面区域中氧元素的质量百分含量可以为20％至40％。
在本申请的一些实施方案中，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围为0.2μm至20μm，Dv50为4μm至10μm，Dv99为13μm至20μm。例如，粒径分布范围可以为0.2μm至20μm、0.3μm至20μm、0.4μm至20μm、0.5μm至20μm、0.6μm至20μm中的任一范围，Dv50可以为4μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、9μm、10μm或为上述任意两个数值组成的范围，Dv99可以为13μm、14μm、15μm、17μm、17μm、18μm、19μm、20μm或为上述任意两个数值组成的范围。通过将碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99调控在上述范围内，能够减少碳掺杂硅氧复合材料与电解液之间的副反应，以缓解碳掺杂硅氧复合材料的体积变化，增强碳掺杂硅氧复合材料的抗压强度，进一步增加负极极片的结构稳定性，从而有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请中，Dv50表示在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起，到达体积累积50％的粒径，Dv99表示在材料的体积基准的粒度分布中，从小粒径测起，到达体积累积99％的粒径。
在本申请的一些实施方案中，碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率为0.03S/cm至8S/cm。例如，碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率可以为0.03S/cm、0.05S/cm、0.1S/cm、0.5S/cm、1S/cm、1.5S/cm、2S/cm、3S/cm、4S/cm、5S/cm、6S/cm、7S/cm、8S/cm或为上述任意两个数值组成的范围。碳掺杂硅氧复合材料具有上述范围的粉末电导率，能够有效控制负极极片与电解液之间界面的电流密度，使得负极极片不易出现析锂现象，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域的碳元素的质量含量占碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的10％至80％。例如，表面区域的碳元素的质量含量占碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的占比可以为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或为上述任意两个数值组成的范围。当上述占比在上述范围内时可以限制循环过程中颗粒内部硅晶粒的生长，降低负极活性材料粉化的风险并改善其膨胀性能，还能够提升颗粒表面的稳定性，降低被电解液刻蚀的风险以改善电化学装置的循环性能。从而，本申请提供的负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料在循环过程中不易粉化，负极极片具有良好的导电性，而且负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料具有良好的膨胀性能且不易粉化，将本申请提供的负极极片应用于电化学装置中，能够改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，碳掺杂硅氧复合材料颗粒中硅元素和氧元素分布均匀，有利于改善电化学装置的循环性能和膨胀性能。
在本申请的一些实施方案中，石墨包括天然石墨、人造石墨或中间相碳微球等中的至少一种。通过选用上述石墨材料，有利于改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比为(3至20):(80至97)。例如，碳掺杂硅氧复合材料与所述石墨的质量比可以为20:80、18:82、15:85、12:88、10:90、7:93、6:94、5:95、4:96、3:97或为上述任意两个比值组成的范围。通过将碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比调控在上述范围内，能够使负极活性材料层保持高的克容量，同时降低硅与电解液直接接触的概率以减少硅与电解液之间的副反应和固体电解质界面(SEI)膜的形成，缓解硅的体积膨胀，并且石墨可以增加负极极片的导电性，从而有利于协同改善电化学装置的循环性能。
在本申请的一些实施方案中，负极材料层还包括粘结剂，粘结剂包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物(丁苯橡胶)、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。通过选择上述粘结剂，得到的负极材料层具有良好的结构稳定性，有利于提高电化学装置的循环性能。
在本申请中，负极活性材料层还可以包括导电剂，本申请对导电剂没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如导电剂可以包括导电炭黑(Super P)、碳纳米管(CNTs)、碳纤维、鳞片石墨、科琴黑或石墨烯等中的至少一种。本申请对负极活性材料层中负极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。
本申请的负极极片包括负极集流体，负极活性材料层设置于负极集流体至少一个表面上。上述“负极活性材料层设置于负极集流体至少一个表面上”是指，负极活性材料层可以设置于负极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于负极集流体沿自身厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是负极集流体的全部区域，也可以是负极集流体的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。本申请对负极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铜箔、铜合金箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜或复合集流体(例如碳铜复合集流体、镍铜复合集流体、钛铜复合集流体等)等。本申请对负极集流体和负极活性材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极集流体的厚度为6μm至12μm，负极活性材料层的厚度为30μm至120μm。申请对负极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，负极极片的厚度为50μm至150μm。
任选地，负极极片还可以包含导电层，导电层位于负极集流体和负极活性材料层之间。本申请对导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。例如，导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制，例如可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。
本申请对碳掺杂硅氧复合材料的制备方法没有特别限制，示例性地，碳掺杂硅氧复合材料的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将碳掺杂硅氧材料与有机硅溶液混合均匀后烘干，然后在惰性气氛下进行热处理得到碳掺杂硅氧复合材料。其中，烘干的温度为80℃至120℃；热处理的温度为600℃至1000℃，热处理的升温速率为1℃/min至10℃/min，热处理的保温时间为1h至6h；有机硅溶液包括有机硅和溶剂，有机硅可以包括但不限于四甲基-四乙烯基-环四硅氧烷或聚甲基氢硅氧烷等中的至少一种，溶剂可以包括但不限于乙醇等，有机硅和溶剂的质量比可以为1:(2至6)；惰性气氛可以为氩气和/或氮气。
通常情况下，可以通过改变热处理的温度、升温速率和保温时间来调控碳掺杂硅氧复合材料中碳元素、硅元素和氧元素的质量百分含量。例如，提高热处理温度，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低；降低热处理温度，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高。提高升温速率，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高；降低升温速率，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低。延长热处理的保温时间，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低；缩短热处理的保温时间，碳掺杂硅氧复合材料中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高。
改变热处理的温度、升温速率和保温时间还可以调控表面区域中碳元素、硅元素和氧元素的质量百分含量。例如，提高热处理温度，表面区域中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低；降低热处理温度，表面区域中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高。提高升温速率，表面区域中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高；降低升温速率，表面区域中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低。延长热处理的保温时间，表面区域中碳元素的质量百分含量升高，硅元素的质量百分含量升高，氧元素的质量百分含量降低；缩短热处理的保温时间，表面区域中碳元素的质量百分含量降低，硅元素的质量百分含量降低，氧元素的质量百分含量升高。
改变热处理的温度、升温速率和保温保温时间还可以调控碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99。例如，提高热处理温度，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大；降低热处理温度，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小。提高升温速率，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小；降低升温速率，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大。延长热处理的保温时间，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变宽，Dv50增大，Dv99增大；缩短热处理的保温时间，碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围变窄，Dv50减小，Dv99减小。
本申请对上述碳掺杂硅氧材料的制备方法没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如，碳掺杂硅氧材料的制备方法可以包括但不限于以下步骤：将硅和二氧化硅混合均匀并装入真空沉积炉中，控制温度为1300℃至1350℃且真空度在1Pa至100Pa，通入适量的碳源气体(例如甲烷、乙炔、乙烯等)，得到碳掺杂硅氧材料。碳掺杂硅氧材料中碳元素、硅元素、氧元素的含量可以通过硅和二氧化硅和混合比例以及通入的碳源气体的含量来调控，例如，硅与二氧化硅的混合比例增大，硅元素的含量增加，氧元素含量降低；硅与二氧化硅的混合比例减小，硅元素的含量降低，氧元素的含量增加；通入的碳源气体增多，碳元素的含量增加；通入的碳源气体的含量减少，碳元素的含量降低。
示例性地，在本申请中，基于碳掺杂硅氧材料的总质量，碳元素的质量百分含量为2％至10％，硅元素的质量百分含量为40％至60％，氧元素的质量百分含量为30％至50％。需要说明的是，碳掺杂硅氧材料通常会包含一些含量较低(例如质量百分含量小于或等于0.1％)的杂质元素，本申请在计算碳掺杂硅氧材料中的碳元素、硅元素、氧元素的质量百分含量时，“基于碳掺杂硅氧材料的总质量”是指将上述杂质元素排除后得到的总质量，进而得到碳元素、硅元素、氧元素的质量百分含量。
本申请可以通过粒径分级获得不同粒径分布的碳掺杂硅氧材料。本申请对粒径分级方法没有特别限制，只要能得到符合本申请粒径要求的材料即可，例如，可以通过研磨并进行粒径筛分从而获取具有不同粒径分布的碳掺杂硅氧复合材料。
本申请对调控碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率的方法没有特别限制，只要能实现本申请目的即可，例如，可以通过调控碳元素的质量百分含量来调控碳掺杂硅氧复合材料的电导率。通常情况下，碳掺杂硅氧复合材料中的粉末电导率随其中碳元素的质量百分含量的增加而提高，随其中碳元素的质量百分含量的降低而降低。
本申请的第二方面提供了一种电化学装置，其包括前述任一实施方案中的负极极片。因此，本申请提供的电化学装置具有良好的循环性能和膨胀性能。
在本申请中，电化学装置还包括正极极片，正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层。上述“设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性材料层”是指，正极活性材料层可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的一个表面上，也可以设置于正极集流体沿自身厚度方向上的两个表面上。需要说明，这里的“表面”可以是正极集流体的全部区域，也可以是正极集流体的部分区域，本申请没有特别限制，只要能实现本申请目的即可。本申请对正极集流体没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以包含铝箔、铝合金箔或复合集流体(例如铝碳复合集流体)等。正极活性材料层包括正极活性材料，本申请对正极活性材料没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极活性材料可以包含镍钴锰酸锂(例如常见的NCM811、NCM622、NCM523、NCM111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。正极活性材料层还包括导电剂和粘结剂，本申请对导电剂和粘结剂的种类没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。本申请对正极活性材料层中正极活性材料、导电剂、粘结剂的质量比没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能够实现本申请目的即可。本申请对正极集流体和正极材料层的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极集流体的厚度为6μm至12μm，正极材料层的厚度为30μm至120μm。申请对正极极片的厚度没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可，例如，正极极片的厚度为50μm至150μm。
任选地，正极极片还可以包含导电层，导电层位于正极集流体和正极材料层之间。导电层的组成没有特别限制，可以是本领域常用的导电层。导电层包括导电剂和粘结剂。本申请对导电层中的导电剂和粘结剂没有特别限制，例如，可以是上述导电剂和上述粘结剂中的至少一种。
在本申请中，电化学装置还包括隔离膜，用以分隔正极极片和负极极片，防止电化学装置内部短路，允许电解质离子自由通过，且不影响电化学充放电过程的进行。本申请对隔离膜没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，隔离膜的材料可以包括但不限于聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃(PO)类、聚酯(例如，聚对苯二甲酸二乙酯(PET)膜)、纤维素、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、氨纶或芳纶中的至少一种；隔离膜的类型可以包括织造膜、非织造膜、微孔膜、复合膜、碾压膜或纺丝膜中的至少一种。
例如，隔离膜可以包括基材层和表面处理层。基材层可以为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。任选地，可以使用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。任选地，基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
例如，无机物层包括无机颗粒和粘结剂，所述无机颗粒没有特别限制，例如可以包括氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、二氧化铪、氧化锡、二氧化铈、氧化镍、氧化锌、氧化钙、氧化锆、氧化钇、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。所述粘结剂没有特别限制，例如可以是上述粘结剂中的至少一种。聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚或聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
在本申请中，电化学装置还包括电解液，电解液包括锂盐和非水溶剂。锂盐可以包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、Li2SiF6、双草酸硼酸锂(LiBOB)或二氟硼酸锂中的至少一种。本申请对锂盐在电解液中的浓度没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可。例如，锂盐在电解液中的浓度为0.9mol/L至1.5mol/L，示例性地，锂盐在电解液中的浓度可以为0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L或为上述任意两个数值组成的范围。本申请对非水溶剂没有特别限制，只要能实现本申请的目的即可，例如可以包括但不限于碳酸酯化合物、羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。上述碳酸酯化合物可以包括但不限于链状碳酸酯化合物、环状碳酸酯化合物或氟代碳酸酯化合物中的至少一种。上述链状碳酸酯化合物可以包括但不限于碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)或碳酸甲乙酯(MEC)中的至少一种。上述环状碳酸酯可以包括但不限于碳酸乙烯酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)或碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的至少一种。氟代碳酸酯化合物可以包括但不限于氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸1,2-二氟亚乙酯、碳酸1,1-二氟亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟亚乙酯、碳酸1,1,2,2-四氟亚乙酯、碳酸1-氟-2-甲基亚乙酯、碳酸1-氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,2-二氟-1-甲基亚乙酯、碳酸1,1,2-三氟-2-甲基亚乙酯或碳酸三氟甲基亚乙酯中的至少一种。上述羧酸酯化合物可以包括但不限于甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯或己内酯中的至少一种。上述醚化合物可以包括但不限于二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1-乙氧基-1-甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃或四氢呋喃中的至少一种。上述其它有机溶剂可以包括但不限于二甲亚砜、1,2-二氧戊环、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或磷酸三辛酯中的至少一种。电解液中上述非水溶剂的质量百分含量可以为15％至80％，例如可以15％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或为其间的任意范围。
本申请的电化学装置还包括包装袋，用于容纳正极极片、隔离膜、负极极片和电解液，以及电化学装置中本领域已知的其它部件，本申请对上述其它部件不做限定。本申请对包装袋没有特别限制，可以为本领域公知的包装袋，只要能够实现本申请目的即可。
本申请的电化学装置没有特别限定，其可以包括发生电化学反应的任何装置。在一些实施例中，电化学装置可以包括但不限于锂金属二次电池、锂离子二次电池(锂离子电池)、锂聚合物二次电池或锂离子聚合物二次电池等。
本申请的电化学装置的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制，例如，可以包括但不限于以下步骤：将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作得到卷绕结构的电极组件，将电极组件放入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置；或者，将正极极片、隔离膜和负极极片按顺序堆叠，然后用胶带将整个叠片结构的四个角固定好得到叠片结构的电极组件，将电极组件置入包装袋内，将电解液注入包装袋并封口，得到电化学装置。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于包装袋中，从而防止电化学装置内部的压力上升、过充放电。
本申请第三方面提供了一种电子装置，其包括前述任一实施方案中的电化学装置。因此，本申请提供的电子装置具有良好的使用性能。
本申请的电子装置没有特别限定，其可以是用于现有技术中已知的任何电子装置。在一些实施例中，电子装置可以包括，但不限于，笔记本电脑、笔输入型计算机、移动电脑、电子书播放器、便携式电话、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、头戴式立体声耳机、录像机、液晶电视、手提式清洁器、便携CD机、迷你光盘、收发机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式录音机、收音机、备用电源、电机、汽车、摩托车、助力自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、钟表、电动工具、闪光灯、照相机、家庭用大型蓄电池和锂离子电容器等。
实施例
以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。
测试方法和设备：
元素的分布和含量的测试：
将样品台上贴好导电胶，取各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末状样品平铺于导电胶上，用洗耳球吹走未粘上的粉末，喷金，使用PhilipsXL-30型场发射扫描电子显微镜配备的EDS在加速电压为10kV，发射电流为10mA的条件下面扫测试元素的分布和质量百分含量。
表面区域中碳元素的质量百分含量的测试：
将样品台上贴好导电胶，取各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末状样品平铺于导电胶上，用洗耳球吹走未粘上的粉末，喷金，使用氩气等离子体对粉末状样品的颗粒进行截面切割。使用PhilipsXL-30型场发射扫描电子显微镜配备的EDS在加速电压为10kV，发射电流为10mA的条件下，选择粒径为4μm至10μm的颗粒，对颗粒的表面区域进行元素质量百分含量测试，得到表面区域中碳元素的质量百分含量。
粉末电导率的测试：
取5g各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末样品，用电子压力机恒压至5000kg，维持20s，得到样品片，此时样品片的面积S＝3.14cm2，测得样品片高度h后的面积S＝3.14cm2。将样品片置于电阻测试仪(苏州晶格电子ST-2255A)电极间，在样品片两端施加电压U，测得电流I，根据公式R＝U/I，得到样品片电阻R。根据公式δ＝h/(S×R)/1000计算得到粉末电导率，单位为S/cm。
粒径分布、Dv50和Dv99的测试：
在50ml洁净烧杯中加入0.02g各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料的粉末样品，加入20ml去离子水，再滴加5滴浓度为1％的表面活性剂，使粉末样品完全分散于水中，在120W超声清洗机中超声5分钟，利用激光散射粒度仪MasterSizer 2000测试粒度分布、Dv50和Dv99。
克容量的测试：
将负极活性材料：导电剂导电炭黑：PAA粘接剂聚丙烯酸乙酯按照质量比8:1:1进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为45wt％的浆料，均匀地涂布在铜箔上烘干得到负极极片，然后以锂片为对电极，将负极极片、锂片、隔离膜和电解液组装成纽扣电池进行测试。测试流程为：0.05C恒流充电至5mV，再以10uA恒流充电至5mV，记录首次的充电容量；然后静置5min，再以0.05C放电至2V，记录首次的放电容量；克容量＝首次的放电容量/负极活性材料的质量。上述负极活性材料为各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，隔离膜和电解液与实施例1-1中的相同。
循环容量保持率的测试：
在25℃的环境中，将锂离子电池以0.5C恒流充电至4.45V，再以4.45V恒压充电至0.025C，静置5min，以0.5C恒流放电至3.0V，静置5min，记录首次循环的放电容量。然后以相同的步骤进行500次的充电和放电循环，记录第500次循环锂离子电池的放电容量。
锂离子电池的循环容量保持率(％)＝(第500次循环的放电容量/首次循环的放电容量)×100％。
循环膨胀率测试：
在测试温度为25℃下，用螺旋千分尺测试锂离子电池在50％荷电状态(SOC)下的厚度，记为H0，然后按照“循环容量保持率的测试”中的充放电步骤循环至500圈时，测试锂离子电池在100％SOC下的厚度，记为H1。循环膨胀率＝(H1-H0)/H0×100％。
实施例1-1
<碳掺杂硅氧复合材料的制备>
将四甲基-四乙烯基-环四硅氧烷、聚甲基氢硅氧烷、乙醇按照质量比为1:1:8混合并搅拌至混合均匀得到有机硅溶液。将碳掺杂硅氧材料与有机硅溶液按照质量比为63:50混合并搅拌均匀，在80℃下烘干，然后进行热处理得到碳掺杂硅氧复合材料，热处理的温度为800℃、升温速率为3℃/min、保温时间为3h。其中，碳掺杂硅氧材料中碳元素的质量百分含量为2％，硅元素的质量百分含量为59％，氧元素的质量百分含量为39％。
<负极极片的制备>
将上述制备的碳掺杂硅氧复合材料、石墨、导电炭黑和丁苯橡胶按照质量比5:92:1.8:1.2进行混合，加入去离子水作为溶剂，调配成为固含量为45wt％的浆料，真空搅拌机搅拌均匀后得到负极浆料。将负极浆料均匀涂覆于厚度为10μm的负极集流体铜箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到涂层厚度为100μm的单面涂布负极活性材料层的负极极片。然后在铜箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布负极活性材料层的负极极片。90℃条件下烘干后冷压，再经裁片、焊接极耳，得到规格为78mm×875mm的负极极片待用。
<正极极片的制备>
将正极活性材料钴酸锂(LiCoO2)、导电炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比97.5:1.0:1.5进行混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成为固含量为75wt％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为10μm的正极集流体铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，得到涂层厚度为100μm的单面涂布负极活性材料层的正极极片。然后在铝箔的另一个表面上重复以上步骤，即得到双面涂布正极活性材料的正极极片。90℃条件下烘干后冷压，再经裁片、焊接极耳，得到规格为74mm×867mm的正极极片待用。
<电解液的制备>
在干燥氩气气氛手套箱中，将有机溶剂EC、PC、DEC和EP按照质量比为3:1:3:3混合，然后向有机溶剂中加入锂盐六氟磷酸锂(LiPF6)溶解并混合均匀，得到电解液。其中，锂盐的浓度为12.5wt％。
<隔离膜>
采用厚度为7μm的多孔聚乙烯薄膜(Celgard公司提供)。
<锂离子电池的制备>
将上述制备的正极极片、隔离膜、负极极片按顺序叠好，使隔离膜处于正极极片和负极极片中间起到隔离的作用，并卷绕得到电极组件。将电极组件装入铝塑膜包装袋中，并在80℃下脱去水分，注入配好的电解液，经过真空封装、静置、化成、脱气、切边等工序得到锂离子电池。
实施例1-2至实施例1-12
除了在<碳掺杂硅氧复合材料的制备>中，按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
实施例2-1至实施例2-2
除了在<负极极片的制备>中，按照表3调整碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比且碳掺杂硅氧复合材料和石墨的总质量不变以外，其余与实施例1-1相同。
对比例1
除了按照以下步骤制备负极活性材料并将<负极极片的制备>中的碳掺杂硅氧复合材料替换为以下制备的负极活性材料以外，其余与实施例1-1相同；
<负极活性材料的制备>
将碳掺杂硅氧材料进行热处理得到负极活性材料，热处理的温度为800℃、升温速率为3℃/min、保温时间为3h。其中，碳掺杂硅氧材料中碳元素的质量百分含量为2％，硅元素的质量百分含量为59％，氧元素的质量百分含量为39％。
对比例2
除了按照表1调整相关制备参数以外，其余与实施例1-1相同。
对比例3
除了将<负极极片的制备>中的碳掺杂硅氧复合材料替换为负极活性材料硅氧材料以外，其余与实施例1-1相同。其中，硅氧材料中硅元素的质量百分含量为62％，氧元素的质量百分含量为38％。硅氧材料为市售材料，满足上述元素含量即可。
各实施例和对比例的制备参数和性能参数如表1至表3所示。
表1
注：表1中的“元素含量”是指对应元素的质量百分含量，“负极活性材料”是指各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，“占比”是指碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域的碳元素的质量含量占碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的比例，“/”表示不存在对应的参数或物质。
表2
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注：表2中的“元素含量”是指对应元素的质量百分含量，“负极活性材料”是指各实施例中的碳掺杂硅氧复合材料或对比例中除石墨以外的负极活性材料，“/”表示不存在对应的参数或物质；以实施例1-1为例，“0.2-20”是指负极活性材料的粒径分布为0.2μm至20μm，其余实施例和对比例以此类推理解。
从实施例1-1至实施例1-12、对比例1至对比例3可以看出，实施例均采用本申请提供的负极极片，负极极片中的碳掺杂硅氧复合材料中的碳元素的质量百分含量在本申请的范围内，且碳掺杂硅氧复合材料的颗粒表面区域中的碳元素含量大于颗粒内部区域中的碳元素含量，而对比例1中制得的负极活性材料表面不存在碳元素，对比例2中的碳掺杂硅氧复合材料的颗粒表面区域中的碳元素含量小于颗粒内部区域中的碳元素含量，对比例3中的硅氧材料不包含碳元素，实施例得到的锂离子电池具有更高的循环容量保持率和更小的膨胀率，从而说明采用本申请提供的负极极片可以有效改善锂离子电池的循环性能和膨胀性能。对比例1和对比例3中的负极活性材料虽然具有较高的克容量，但锂离子电池的循环性能和膨胀性能明显差于实施例；实施例中的碳掺杂硅氧复合材料的克容量与对比例2中的基本相当或者更高，但对比例2中的锂离子电池的循环性能和膨胀性能也明显差于实施例。从而说明本申请实施例能够兼顾负极活性材料的克容量与锂离子电池的性能，而对比例1至对比例3难以兼顾。
具体地，图2为实施例1-1中的碳掺杂硅氧复合材料的EDS分层图像，图3至图5依次分别为图1中的EDS分层图像对应的氧元素、硅元素和碳元素在碳掺杂硅氧复合材料中的分布图像。从图2至图5中可以，看出碳掺杂硅氧复合材料中含有氧元素、硅元素和碳元素，氧元素和硅元素的在碳掺杂硅氧复合材料中分布较为均匀，碳元素主要分布在碳掺杂硅氧复合材料颗粒的表面区域。
碳掺杂硅氧复合材料颗粒表面区域中碳元素的质量百分含量通常会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1-1至实施例1-12可以看出，当碳掺杂硅氧复合材料颗粒表面区域中碳元素的质量百分含量在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量通常会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1-1至实施例1-12可以看出，当碳掺杂硅氧复合材料中硅元素的质量百分含量在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99通常也会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1-1至实施例1-12可以看出，当碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围、Dv50和Dv99在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率通常也会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1-1至实施例1-11可以看出，当碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
表3
碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比 循环容量保持率(％) 循环膨胀率(％)
实施例1-1 5.2:94.8 90.1 10
实施例2-1 20:80 85.6 11.0
实施例2-2 3:97 93.2 9.2
碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比通常会影响锂离子电池的循环性能和膨胀性能，从实施例1-1、实施例2-1和实施例2-2可以看出，当碳掺杂硅氧复合材料与石墨的质量比在本申请的范围内，得到的锂离子电池具有较高循环容量以及较小的循环膨胀率，从而说明锂离子电池具有良好的循环性能和膨胀性能。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种负极极片，其包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括负极活性材料，所述负极活性材料包括碳掺杂硅氧复合材料和石墨，所述碳掺杂硅氧复合材料包括碳元素、硅元素和氧元素，所述碳掺杂硅氧复合材料的颗粒的表面区域中的碳元素含量大于所述颗粒内部区域中的碳元素含量，其中，所述表面区域为沿所述颗粒表面至内部深度为500nm的区域，所述内部区域为所述颗粒中除去所述表面区域以外的区域；
其中，基于所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述碳掺杂硅氧复合材料中所述碳元素的质量百分含量为2％至10％。
2.根据权利要求1所述的负极极片，其中，基于所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述表面区域中所述碳元素的质量百分含量为0.5％至8％。
3.根据权利要求1所述的负极极片，其中，基于所述碳元素、所述硅元素和所述氧元素的质量总和，所述碳掺杂硅氧复合材料中所述硅元素的质量百分含量为40％至60％。
4.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料的粒径分布范围为0.2μm至20μm，Dv50为4μm至10μm，Dv99为13μm至20μm。
5.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料的粉末电导率为0.03S/cm至8S/cm。
6.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒的所述内部区域形成Si-C键，所述表面区域形成Si-O-C键。
7.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒的所述表面区域的碳元素的质量含量占所述碳掺杂硅氧复合材料碳元素质量含量的10％至80％。
8.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料颗粒中硅元素和氧元素分布均匀。
9.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述石墨包括天然石墨、人造石墨或中间相碳微球等中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述碳掺杂硅氧复合材料与所述石墨的质量比为(3至20):(80至97)。
11.根据权利要求1所述的负极极片，其中，所述负极材料层还包括粘结剂，所述粘结剂包括聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯丁二烯共聚物、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钾、羟甲基纤维素钠或羟甲基纤维素钾中的至少一种。
12.一种电化学装置，其包括权利要求1至11中任一项所述的负极极片。
13.一种电子装置，其包括权利要求12所述的电化学装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015059859A1 (ja) * 2013-10-24 2015-04-30 株式会社大阪チタニウムテクノロジーズ リチウムイオン二次電池の負極用粉末
WO2015145522A1 (ja) * 2014-03-24 2015-10-01 株式会社 東芝 非水電解質電池用電極活物質、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池及び電池パック
KR20230093031A (ko) * 2020-12-10 2023-06-26 베르셀리우스 난징 컴퍼니 리미티드 코어-셀 구조를 갖는 규소기 과립 및 그 제조 방법, 음극 재료, 극편과 전지
CN112687851A (zh) * 2020-12-10 2021-04-20 安普瑞斯（南京）有限公司 硅氧颗粒及其制备方法、负极材料和电池
CN112687852B (zh) * 2020-12-10 2022-08-26 安普瑞斯（南京）有限公司 硅氧锂颗粒及其制备方法、负极材料、极片和电池

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