[發(fā)明專利]一種富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811452452.8
• 申請(qǐng)日: 2018-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN109686930A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卞鐵錚;盛赟;張臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天合光能股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 郭小麗

本發(fā)明公開了一種富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，其中負(fù)極材料由基材、復(fù)合材料和包覆材料組成，所述基材為氧化亞硅，所述復(fù)合材料由硅粉和氧化鋰復(fù)合而成，所述包覆材料為在氧化亞硅表面進(jìn)行包覆的碳材料。所述方法包括以下步驟：將硅粉與氧化鋰復(fù)合，得到復(fù)合材料；在氧化亞硅表面進(jìn)行碳包覆，得到包覆材料；按照預(yù)設(shè)配比，將復(fù)合材料和包覆材料混合均勻，球磨，得到所述富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明利用單質(zhì)硅還原氧化鋰得到鋰單質(zhì)，對(duì)氧化亞硅負(fù)極材料進(jìn)行摻雜，為首次循環(huán)提供過(guò)量的鋰，避免首次循環(huán)庫(kù)倫效率低導(dǎo)致的能量密度降低，本發(fā)明中以碳材料對(duì)氧化亞硅進(jìn)行包覆，可以彌補(bǔ)氧化亞硅地電導(dǎo)率的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池作為當(dāng)前能量密度最高的電能儲(chǔ)存技術(shù)手段，在移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)車、儲(chǔ)能設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展和需求的日益增加，也對(duì)鋰離子電池的能量密度、容量密度、功率密度等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)提出了更高的要求。

作為鋰離子電池的負(fù)極材料，石墨以其低電平、廉價(jià)和循環(huán)性能出色等優(yōu)勢(shì)，被最廣泛地應(yīng)用，但石墨的理論容量(372mAh/g)有限，直接影響電池能量密度的提升。

為實(shí)現(xiàn)高能量密度，硅單質(zhì)材料以4200mAh/g的理論容量成為關(guān)注的焦點(diǎn)，但硅材料在鋰嵌入和脫嵌這一循環(huán)過(guò)程中表現(xiàn)出巨大的體積變化(300％)，并會(huì)導(dǎo)致硅單質(zhì)的粉化，對(duì)材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和鋰離子電池的安全性和循環(huán)壽命都造成了巨大的影響。而硅氧材料擁有相對(duì)較低的體積變化，且實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中生成的二氧化硅惰性材料可以為體積變化提供緩沖，具備更大的潛力。但硅氧基負(fù)極材料的首次循環(huán)效率偏低，需要對(duì)體系中的鋰進(jìn)行補(bǔ)充；同時(shí)硅氧材料導(dǎo)電性差，需要進(jìn)行碳包覆以提升電導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料，可以對(duì)體系中的鋰進(jìn)行補(bǔ)充，避免首次循環(huán)庫(kù)倫效率低導(dǎo)致的能量密度降低的問(wèn)題發(fā)生。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料，由基材、復(fù)合材料和包覆材料組成，所述基材為氧化亞硅，所述復(fù)合材料由硅粉和氧化鋰復(fù)合而成，所述包覆材料為在氧化亞硅表面進(jìn)行包覆的碳材料。

作為優(yōu)選，所述基材、復(fù)合材料和包覆材料的質(zhì)量比例為50-x:y:x，其中0.5<x<7.5，5<y<15。

作為優(yōu)選，所述包覆材料中碳的含量為1～15％，所述包覆材料中包覆的厚度為0.1～20μm。

作為優(yōu)選，所述所述氧化亞硅為SiO_x，其中0.5<x<1.5，顆粒大小為0.5～20μm。

作為優(yōu)選，所述包覆材料中的碳源為蔗糖、天然瀝青、人造瀝青、維生素C、聚氯、酚醛樹脂、糠醛樹脂、環(huán)氧樹脂以及脲醛樹脂中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了一種上述的富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硅粉與氧化鋰復(fù)合，得到復(fù)合材料；

(2)通過(guò)包覆材料在氧化亞硅表面進(jìn)行包覆，得到包覆有碳材料的氧化亞硅；

(3)按照預(yù)設(shè)配比，將復(fù)合材料和包覆有碳材料的氧化亞硅混合均勻，球磨，得到所述富鋰硅基鋰離子電池負(fù)極材料。

作為優(yōu)選，所述步驟(1)中將硅粉與氧化鋰混合均勻之后，進(jìn)行硅熱法煉鋰，得到反應(yīng)產(chǎn)物，然后再將反應(yīng)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至超聲波反應(yīng)釜中，并在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行超聲反應(yīng)，得到所述復(fù)合材料。

作為優(yōu)選，所述硅粉的顆粒大小為1～30μm。