[發(fā)明專(zhuān)利]一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010210698.5
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111403726A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀霄飛;王孟光
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 洛陽(yáng)聯(lián)創(chuàng)鋰能科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/38
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 洛陽(yáng)市凱旋專(zhuān)利事務(wù)所 41112
• 代理人: 霍炬

一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明為一步法合成硅氧鋰化合物，相對(duì)于現(xiàn)有方法工藝簡(jiǎn)單，合成成本低廉，同時(shí)可以通過(guò)合成過(guò)程中條件的控制，可控制備硅氧鋰化合物，在合成過(guò)程中，避免了強(qiáng)活性金屬鋰的反應(yīng)，降低了制造成本，可以低成本大規(guī)模制備高性能硅氧鋰化合物，得到的材料電化學(xué)性能良好，適合大范圍的推廣和應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種負(fù)極材料的制備方法，具體涉及一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

已知的，隨著1991年Sony公司發(fā)明鋰離子電池以來(lái)，到目前為止，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，例如消費(fèi)電子類(lèi)和電動(dòng)汽車(chē)。但是現(xiàn)有鋰離子電池的能量密度已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足終端用戶(hù)對(duì)現(xiàn)有材料體系的要求，因此需要開(kāi)發(fā)高能量密度正負(fù)極材料，而硅負(fù)極作為新一代負(fù)極材料，能顯著提升電芯的能量密度。

與傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比，硅具有超高的理論比容量（4200 mAh/g）和較低的脫鋰電位（0.5 V），且硅的電壓平臺(tái)略高于石墨，在充電時(shí)難引起表面析鋰，安全性能更好。硅成為鋰離子電池碳基負(fù)極升級(jí)換代的富有潛力的選擇之一。

但硅作為鋰離子電池負(fù)極材料也有缺點(diǎn)。硅是半導(dǎo)體材料，自身的電導(dǎo)率較低。在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，鋰離子的嵌入和脫出會(huì)使材料體積發(fā)生300%以上的膨脹與收縮，產(chǎn)生的機(jī)械作用力會(huì)使材料逐漸粉化，造成結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離，喪失電接觸，導(dǎo)致電池循環(huán)性能大大降低。此外，由于這種體積效應(yīng)，硅在電解液中難以形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)膜。伴隨著電極結(jié)構(gòu)的破壞，在暴露出的硅表面不斷形成新的SEI膜，加劇了硅的腐蝕和容量衰減。

為改善硅基負(fù)極循環(huán)性能，提高材料在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，通常將硅材料納米化和復(fù)合化。目前，硅材料納米化的主要研究方向包括：硅納米顆粒（零維納米化）、硅納米線(xiàn)/管（一維納米化）、硅薄膜（二維納米化）和3D多孔結(jié)構(gòu)硅、中空多孔硅（三維納米化）；硅材料復(fù)合化的主要研究方向包括：硅/金屬型復(fù)合、硅/碳型復(fù)合及三元型復(fù)合（如硅/無(wú)定型碳/石墨三元復(fù)合體系）。

因此，如何提供一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法一直是本領(lǐng)域技術(shù)人員的長(zhǎng)期技術(shù)訴求。

發(fā)明內(nèi)容

為克服背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，本發(fā)明針對(duì)硅氧負(fù)極材料的特性，在生產(chǎn)前端通過(guò)調(diào)控實(shí)驗(yàn)條件和三種物質(zhì)的配比，進(jìn)行一步合成鋰硅氧化合物，對(duì)材料進(jìn)行表面改性，制得鋰離子電池負(fù)極材料，電化學(xué)性能優(yōu)越。

為實(shí)現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案：

一種硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法具體包括如下步驟：

第一步，首先將硅粉和二氧化硅按比例混合后壓制成塊狀混合物；

第二步、將上步得到的塊狀混合物和金屬鋰分別放置在加熱裝置腔體中兩個(gè)不同的加熱區(qū)，然后對(duì)密閉的腔體進(jìn)行抽真空，在真空狀態(tài)將兩個(gè)加熱區(qū)的溫度分別加熱到1200～1500℃，此時(shí)分別得到硅和二氧化碳硅的混合氣體及金屬鋰蒸汽；

第三步、將硅和二氧化碳硅的混合氣體及金屬鋰蒸汽冷凝后得到三種物質(zhì)的混合物；

第四步、將上步獲得的混合物進(jìn)行粉碎，得到微米級(jí)或納米級(jí)的粉體前驅(qū)體；

第五步、采用液相或氣相的方式對(duì)上步獲得的粉體前驅(qū)體進(jìn)行碳包覆即可得到所述的硅氧鋰負(fù)極材料。

所述的硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，所述第一步中硅粉和二氧化硅的混合摩爾比為0.5～2.0。

所述的硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，所述第一步中硅粉為微米硅粉。

所述的硅氧鋰負(fù)極材料的制備方法，所述第一步中二氧化硅為納米二氧化硅。