[發(fā)明專利]氮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

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• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN113809312B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)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
• 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(fā)明涉及一種氮摻雜軟碳包覆硅基鋰離子負極材料及其制備方法和應用。以含氮氣源或者高沸點含氮化合物為摻雜材料，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，得到氮摻雜氧化亞硅材料；其中，所述硅源蒸氣為硅蒸氣與二氧化硅蒸氣的混合蒸氣；所述含氮氣源為在常溫下為氣態(tài)的含氮化合物，所述高沸點含氮化合物為在常溫下為液態(tài)或固態(tài)的含氮化合物；將氮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，確認氮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，即得氮摻雜硅基鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發(fā)明涉及材料制備技術領域，尤其涉及一種氮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(fā)展，業(yè)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(huán)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(huán)穩(wěn)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。擁有高達4200mAh/g比容量的硅基負極材料，且具有三維擴散通道的硅基負極材料逐漸顯示出它高能量密度的優(yōu)勢。雖然硅基負極材料可以實現令人滿意的能量密度，但同時也存在材料的技術瓶頸。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。

氮摻雜是一種比較常見的改性方式。專利CN110911665A提供了一種硼、氮摻雜鋰離子電池負極材料的制備方法，通過將將三聚氰胺、硼酸氨、正硅酸乙酯、鹽酸、去離子水和乙醇混合，獲得膠狀前驅體溶液，后將溶液干燥碳化球磨等一系列處理后得到硼、氮摻雜鋰離子電池負極材料。所得到的負極材料制備的電池倍率性能和電化學性能良好。但是其方案也存在不足。由于是將固體顆粒進行液相混合，當干燥后仍是以固相方式進行傳質接觸，所以仍存在反應不均勻，顆粒分散不好的情況，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(huán)性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明實施例提供了一種氮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(huán)穩(wěn)定性，同時材料的一致性也更加優(yōu)異。

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

以含氮氣源或者高沸點含氮化合物為摻雜材料，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，得到氮摻雜氧化亞硅材料；其中，所述硅源蒸氣為硅蒸氣與二氧化硅蒸氣的混合蒸氣；所述含氮氣源為在常溫下為氣態(tài)的含氮化合物，所述高沸點含氮化合物為在常溫下為液態(tài)或固態(tài)的含氮化合物；

將氮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，確認氮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，即得氮摻雜硅基鋰離子負極材料。

優(yōu)選的，所述含氮氣源具體包括：氮氣、氨氣、氧化亞氮或二甲胺中的一種或多種；

所述高沸點含氮化合物具體包括：碳酰胺或三聚氰胺。

優(yōu)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(yōu)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。