[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法及鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910228001.4
• 申請(qǐng)日: 2019-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN109786733A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范崇昭;傅儒生;劉兆平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M4/485
• 分類號(hào): H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法及鋰離子電池，所述制備方法，包括以下步驟：將硅氧化物和碳酸鋰混合后，在常壓下升溫至550～650℃下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完成后，球磨得到鋰離子電池負(fù)極材料；所述硅氧化物為SiO_x，其中，1≤x≤2。在低溫常壓燒結(jié)中，原料碳酸鋰可以和硅氧化物反應(yīng)，生成硅酸鋰晶體，由于燒結(jié)溫度較低，硅氧化物內(nèi)部的活性硅不會(huì)與碳酸鋰反應(yīng)，避免了材料活性容量的損失，通過(guò)后續(xù)的球磨可以有效提高材料的首次庫(kù)倫效率。另外，由于本發(fā)明的燒結(jié)在低溫常壓下進(jìn)行，有效節(jié)約了能源，對(duì)設(shè)備要求緩和。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池是目前電動(dòng)汽車的主要儲(chǔ)能方式。隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車的要求逐漸升高，鋰離子電池的能量密度也就需要進(jìn)一步提高。目前商業(yè)化的動(dòng)力鋰離子電池的負(fù)極材料主要采用石墨，但石墨的理論比容量只有372mAh g^-1，且也已被發(fā)揮到極限。想要進(jìn)一步提高能量密度，就必須采用更高比容量的負(fù)極材料。

硅的理論比容量高達(dá)3580mAh g^-1，但其在嵌鋰時(shí)的膨脹率達(dá)到300％，使其結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，甚至粉化，容量急劇下降。硅氧化物具有接近2000mAh g^-1的理論比容量，是一種由納米級(jí)別的硅和二氧化硅組成的物質(zhì)。由于納米硅分散于二氧化硅之中，其嵌鋰和脫鋰過(guò)程中的膨脹得到抑制，循環(huán)性能得到明顯提升。但在硅氧化物首次嵌鋰過(guò)程中，材料中的二氧化硅也會(huì)嵌鋰生成硅酸鹽。由于硅酸鹽是不可脫鋰的物質(zhì)，導(dǎo)致嵌入的鋰不能得到脫出，致使首次脫鋰容量降低，即首次庫(kù)倫效率降低。

為了提高硅氧化物的首次庫(kù)倫效率，可以將硅氧化物里的二氧化硅預(yù)先反應(yīng)，生成硅酸鋰，從而得到一種硅氧化物復(fù)合物。目前，生成硅氧化物復(fù)合物的方法主要是如專利CN 108321362 A和專利CN 106356508 A中采用的高溫下將硅氧化物變成氣體，再通入含鋰的氣體，以此來(lái)提升首次庫(kù)倫效率。然而，這種方法存在一些不可避免的缺點(diǎn)。反應(yīng)需要在極低壓力下(5Pa)進(jìn)行，這將增加裝置的復(fù)雜程度，整個(gè)操作流程也相對(duì)復(fù)雜。氣化硅氧化物需要1600℃的溫度，反應(yīng)溫度較高，實(shí)驗(yàn)的能耗將急劇增加。在高溫下，硅氧化物內(nèi)部的活性硅也會(huì)和含鋰的鹽反應(yīng)，導(dǎo)致材料活性容量損失，首次庫(kù)倫效率仍然有待于提高。

另根據(jù)文獻(xiàn)Journa lof Power Source188(2009)574-577報(bào)道，作者采用了氫氧化鋰(LiOH)和硅氧化物復(fù)合生成了硅酸鋰。結(jié)果表明，材料的循環(huán)性能得到改善，但首次庫(kù)倫效率并沒有提升。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種鋰離子電池負(fù)極材料、其制備方法及鋰離子電池，本發(fā)明制備的鋰離子電池負(fù)極材料的首次庫(kù)倫效率較優(yōu)。

本發(fā)明提供了一種鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

將硅氧化物和碳酸鋰混合后，在常壓下升溫至550～650℃下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完成后，球磨得到鋰離子電池負(fù)極材料；

所述硅氧化物為SiO_x，其中，1≤x≤2。

優(yōu)選的，所述硅氧化物的顆粒尺寸為1～5μm。

優(yōu)選的，所述混合后，還包括研磨均勻。

優(yōu)選的，所述升溫的速率為2～15℃/min。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)在惰性氣氛下進(jìn)行；所述燒結(jié)的時(shí)間為2～12h。

優(yōu)選的，所述硅氧化物和碳酸鋰的摩爾比為1：0.5～1。

優(yōu)選的，所述球磨具體為：

將所述燒結(jié)后的產(chǎn)物與球磨珠按照質(zhì)量比為1：10～20混合，置于碳化鎢球磨罐中進(jìn)行球磨。