[發明專利]一種鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910621840.2
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110311120B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 陳志強;高貴華
• 申請（專利權）人: 洛陽聯創鋰能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 周會芝

本發明涉及鋰電池材料領域，具體的說是一種鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料及其制備方法。主要包括原料準備、硅化鎂制備以及含鎂氧化硅負極材料制備。本發明中的制備方法可實現批量生產，易于產業化應用，采用本發明提供的制備方法得到負極材料制備的鋰離子電池具有比容量高、循環性能好等優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體的說是一種鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在手機、筆記本電腦等移動電子設備的廣泛應用以及及環境治理對電動汽車的需求，目前急需開發高容量的鋰離子電池用負極材料。

硅基負極材料因其具有超高的比容量受到廣泛關注，通過近二十年人們堅持不懈的研究，成為目前最具有產業化推廣應用的高容量負極材料。其中，SiOx材料因在循環壽命方面的優勢更具實用潛力，因此也是目前推廣應用速度最快的高容量型負極材料。SiOx材料存在的最大問題是首次效率較低，僅有68%～69%，通過碳包覆表面改性后首次效率可提升至75%～76%，但仍不能滿足電動汽車用鋰離子電池的需求。

人們通過大量的研究，確定加入適量的鎂可提升首次效率，目前加入Mg的方法，一種是在SiOx材料制備的同時加入Mg金屬，使鎂在SiOx形成的過程中以氣態形式融入其中，如專利CN201710193442“用于鋰二次電池負極材料的硅復合氧化物及其制備方法”的描述；另一種主流方法是在SiOx材料生產后，在碳包覆處理前，以金屬Mg或MgO及Mg的醇鹽或硅酸鹽溶液等形式加入，如CN201210553245.8“一種鋰離子電池硅氧化物/碳負極材料及其制備方法”、CN201610863902.7“一種復合物、其制備方法及采用該復合物制備的負極和鋰離子電池”、CN201711318537 “一種鋰離子電池負極材料及其制備方法”、CN201680058576“非水電解質二次電池用負極活性物質、非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用負極材料的制造方法、以及非水電解質二次電池的制造方法”、CN201480027925“非水電解質二次電池用負極材料及其制造方法以及鋰離子二次電池”等。

上述方法均在因Mg的加入導致其中硅晶粒尺寸過大，且過程不易控制，致使材料循環性能較差；或因過程較復雜不易產業化等各種問題，導致加Mg后雖然首次效率有大幅度提升，但因循環性能較差仍未實現產業化應用。

發明內容

本發明旨在提供一種鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料及其制備方法，該方法可實現批量生產，易于產業化應用，采用本發明提供的制備方法得到負極材料制備的鋰離子電池具有比容量高、循環性能好等優異的電化學性能。

為了解決以上技術問題，本發明采用的技術方案為：一種鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

1）、按照1:1.7-1.75的質量比例稱取硅粉和鎂粉；

2）、將步驟1）中稱取的硅粉和鎂粉加入惰性氣體保護型混合機進行混合，將混合好的物料加入旋轉加熱爐，旋轉加熱爐抽真空至0.05Pa以下，以10℃/min的加熱速度升溫至550-650℃，保溫3-5h后冷卻至室溫，得到硅化鎂；

3）、稱取一氧化硅粉，一氧化硅粉與步驟2）中制得的硅化鎂的比例為100:2-10，將稱取到的一氧化硅粉和步驟2）中的硅化鎂加入惰性氣體保護型混合機進行混合；將混合完成后的物料加入到CVD化學氣相沉積爐，密封后抽真空至0.05Pa以下，并以10℃/min的加熱速度升溫至500℃～1000℃后保溫1～5h，后通入碳源進行氣相碳包覆，碳包覆量為3%～5%，包覆溫度900℃～1000℃；碳包覆完成后冷卻至室溫取出，進行粉碎分級處理，得到鋰離子電池用含鎂氧化硅負極材料。

優選的，步驟1）中的硅粉純度99.9%以上，粒度D50≤8μm，鎂粉的純度99.9%以上，最大粒徑不超過300μm；步驟3）中的一氧化硅粉的純度不低于99.9%，粒度D50≤5μm。