[發(fā)明專利]一種提高鋰電池亞硅負極材料穩(wěn)定性的方法

有效

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• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112028078B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔大祥;張芳;葛美英;王亞坤;盧玉英
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01B33/113
• 分類號: C01B33/113;C01D15/04;C01B32/225;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發(fā)明公開了一種提高鋰電池亞硅負極材料穩(wěn)定性的方法，用非毒性的氟化物為原料，在低溫下分解形成氟的氣相與Li反應(yīng)，在亞硅負極表面均勻形成氟化鋰膜，氟化鋰層可以增加預(yù)鋰化的安全性，同時起到化學(xué)穩(wěn)定和減少電解質(zhì)對亞硅基體腐蝕。本發(fā)明適用于純度高、無毒的表面處理。本發(fā)明制備的粉體可用于高性能鋰電池領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無機非金屬材料領(lǐng)域，具體說是一種提高鋰電池亞硅負極材料穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)

含氟能源材料的能量存儲與轉(zhuǎn)換技術(shù)已成為當(dāng)前新能源領(lǐng)域研究的發(fā)展趨勢。利用獨特的“氟效應(yīng)”設(shè)計含氟能源材料，發(fā)展新一代條件溫和、選擇性高、結(jié)構(gòu)可控的氟化技術(shù)，并將其用于高效制備含氟能源材料。通過氟元素的引入，大幅度提高能量存儲與轉(zhuǎn)換的效率、材料的安全性和耐候性，結(jié)合新的器件組裝方式，深刻認識含氟能源材料結(jié)構(gòu)與性能間的相關(guān)內(nèi)在規(guī)律，解決含氟能源材料的測試、評價及應(yīng)用等一系列技術(shù)問題，開發(fā)基于含氟能源材料的新能源技術(shù)體系。相應(yīng)科研成果將引起國際高度重視，引領(lǐng)下一代清潔能源技術(shù)的發(fā)展。

亞硅負極是目前最有前途的高容量負極材料，但在電化學(xué)性能和循環(huán)過程中經(jīng)受嚴(yán)重的腐蝕，因此表面需要一個可靠的鈍化層。本發(fā)明利用原位分解反應(yīng)方法，在亞硅負極表面形成一層致密的LiF層，LiF涂層在高還原性環(huán)境中具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，在電解質(zhì)中的溶解度極低，且具有很強的機械性能，可最大限度地減少鋰金屬和碳酸鹽電解質(zhì)之間的腐蝕反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種提高鋰電池亞硅負極材料穩(wěn)定性的方法。

本發(fā)明目的通過下述方案實現(xiàn)：．一種提高鋰電池亞硅負極材料穩(wěn)定性的方法，包括一步法在亞硅表面形成氟化鋰涂層，利用非毒性的氟化物為原料，在低溫下分解形成氟的氣相與Li反應(yīng)在亞硅負極表面均勻的氟化鋰膜，包括以下步驟：

(1) 亞硅粉體和鋰粉在氬氣保護下進行混合，所述鋰粉的質(zhì)量百分含量為0.1-0.9%，混合后密封備用；

(2) 在坩堝底部放置有機氟化物，將亞硅和鋰粉的混合物放在上層，在空氣中放置的時間不超過5分鐘，然后放置于氣氛爐中；

(3) 升溫至240-400℃，保溫1小時，使氟碳自由基與鋰金屬充分反應(yīng)；

(4) 獲得的粉體過濾、清洗、烘干后，制作成半電池進行性能評價。

所述的有機氟化物包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟樹脂其中的一種。

步驟(4)中半電池制作方法是上述材料作為正極，金屬鋰片作為負極，使用硅碳專用電解液，采用2325 隔膜，進行組裝，將組裝好的電池靜置 12 h 后可以進行測試。

本發(fā)明利用非毒性的有機氟化物為原料，在低溫下分解形成氟的氣相與Li反應(yīng)，在亞硅負極表面均勻的氟化鋰膜層，該氟化鋰層可以增加預(yù)鋰化的安全性，同時起到化學(xué)穩(wěn)定和減少電解質(zhì)對硅基體的腐蝕。

本發(fā)明制備的粉體可用于高性能鋰電池領(lǐng)域。

本發(fā)明是提出了通過利用電極反應(yīng)產(chǎn)生氫氧根和氧氣作為驅(qū)動力來剝離石墨。本發(fā)明制備簡單、用時短、可控性強，可用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氟化鋰包覆的亞硅材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例1所得粉體樣品的SEM圖譜；

圖2為本發(fā)明的實施例1所得電池循環(huán)壽命曲線。

具體實施方式

實施例1

一種提高穩(wěn)定性的鋰電池亞硅負極材料，包括一步法在亞硅表面形成氟化鋰涂層，利用非毒性的氟化物為原料，在低溫下分解形成氟的氣相與Li反應(yīng)在亞硅負極表面均勻的氟化鋰膜，按以下步驟制備：

(1) 稱取10g亞硅粉體，與0.1%鋰粉在氬氣保護下進行混合，混合后密封備用；