[發明專利]磷摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010543295.2
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN113809311B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 潘明軍;劉柏男;羅飛
• 申請（專利權）人: 溧陽天目先導電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發明涉及一種磷摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料及其制備方法和應用。以含磷氣源或者高沸點含磷化合物為摻雜材料，將摻雜材料的蒸氣與預先加熱好的硅源蒸氣在1200℃?1700℃進行氣相混合反應1?24小時，得到磷摻雜氧化亞硅材料；其中，所述硅源蒸氣為硅蒸氣與二氧化硅蒸氣的混合蒸氣；所述含磷氣源為在常溫下為氣態的含磷化合物，所述高沸點含磷化合物為在常溫下為液態或固態的含磷化合物；將磷摻雜氧化亞硅材料冷卻至室溫并出料破碎篩分；將破碎篩分后的物料進行飛行時間二次離子質譜分析測試，確認磷摻在氧化亞硅中的摻雜均勻性是否滿足預設條件；將摻雜均勻性滿足預設條件的物料進行碳包覆，即得磷摻雜硅基鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及材料制備技術領域，尤其涉及一種磷摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著新能源汽車的快速發展，業內對動力電池的性能提出了更高的要求。正負極材料決定動力電池的能量密度，功率密度，循環壽命，高低溫性能，安全性能的關鍵組成部分，其主要作用是使鋰離子自由地脫嵌，實現電池充放電功能。其中，鋰離子電池負極材料的要求至少要滿足以下幾點：1.較低的化學電位；2.良好的導電性；3.良好的循環穩定性和安全性；4.價格低廉的原材料等等。

負極材料是鋰離子電池技術最關鍵的材料之一。目前市售的石墨負極由于其低克容量已經到達了其技術瓶頸。而硅是最有希望取代它的鋰離子負極材料之一。硅基負極材料本身具有的體積膨脹效應，導電性差等一系列缺點，限制了其實際應用。

專利CN106654194A提供了一種元素摻雜氧化亞硅鋰離子電池負極材料的制備方法。將摻雜金屬和非金屬元素組合，通過非金屬構建負極材料缺陷，提高材料本征的離子傳輸能力，同時，金屬與SiOx混合導電網絡提高材料導電性，同時為體積膨脹預留一定的位置，可以實現較高比容量兼顧優良的循環性能。但是該制備方法采用液相固相混合，無法保證體相摻雜的均勻性，因此會影響到制備方法所得材料的一致性，并可能因此影響到材料的循環性能。

發明內容

本發明實施例提供了一種磷摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料及其制備方法和應用，通過氣相反應得到的體相摻雜均勻的鋰離子電池負極材料，該材料具有更高的循環穩定性，同時材料的一致性也更加優異。

第一方面，本發明實施例提供了一種磷摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料的制備方法，包括：

以含磷氣源或者高沸點含磷化合物為摻雜材料，將摻雜材料的蒸氣與預先加熱好的硅源蒸氣在1200℃-1700℃進行氣相混合反應1-24小時，得到磷摻雜氧化亞硅材料；其中，所述硅源蒸氣為硅蒸氣與二氧化硅蒸氣的混合蒸氣；所述含磷氣源為在常溫下為氣態的含磷化合物，所述高沸點含磷化合物為在常溫下為液態或固態的含磷化合物；

將磷摻雜氧化亞硅材料冷卻至室溫并出料破碎篩分；

將破碎篩分后的物料進行飛行時間二次離子質譜分析測試，確認磷摻在氧化亞硅中的摻雜均勻性是否滿足預設條件；

將摻雜均勻性滿足預設條件的物料進行碳包覆，即得磷摻雜硅基鋰離子負極材料。

優選的，所述含磷氣源具體包括：磷化氫；

所述高沸點含磷化合物具體包括：五氧化二磷、磷酸二氫鉀、磷酸三丁酯或偏磷酸鈉中的一種或多種。

優選的，所述摻雜材料的蒸氣通過對所述摻雜材料加熱到25℃-800℃獲得。

優選的，所述硅源蒸氣中硅蒸氣和二氧化硅蒸氣按照摩爾比硅：二氧化硅＝1：1混合。

優選的，所述摻雜材料中磷原子質量占所述硅源蒸氣中硅和二氧化硅總質量的100ppm-100000ppm。

優選的，所述預設條件具體為：在飛行時間二次離子質譜分析測試過程中，全部粒子濺射時間段內，磷原子濃度的波動范圍為±50％之內。