[發明專利]一種預鋰化氧化亞硅/碳復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011192614.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112289999A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 薛孟堯;胥鑫;楊時峰;曹新龍;霍林智;王凱鋒
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了一種預鋰化氧化亞硅/碳復合材料及其制備方法和其應用，屬于氧化亞硅材料技術領域。本專利所述制備方法包括：對氧化亞硅材料進行氣相沉積包覆碳層制備氧化亞硅/碳復合材料；對鋰鹽進行粉碎至合適粒度后，與氧化亞硅/碳混合均勻；將混合好的物料升溫至一定溫度，還原性氣氛下，保溫一段時間，得到預鋰化氧化亞硅/碳復合材料。本發明通過上述簡單高效的制備方法，能夠有效制備出首效高，循環性能好的負極材料，能夠很好地應用于制備鋰離子電池負極材料，此外，相較于通過金屬鋰補鋰，本專利所述方法具有成本低廉，易于放大生產的優點。

技術領域

本發明屬于氧化亞硅材料技術領域，涉及一種預鋰化氧化亞硅/碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

氧化亞硅是近些年廣受關注的一種硅基負極材料，其具有較高的質量比容量(2600mA·h·g^-1),廉價易得的有點，是一種比較理想的負極材料，但由于氧化亞硅在首次循環過程中會形成不可逆的硅酸鋰鹽造成較低的首次庫倫效率，同時，材料本身的低的電導率和較高的體積膨脹效應，嚴重限制了氧化亞硅負極的實際應用，針對這些缺陷，制備氧化亞硅/碳復合材料是一種行之有效的方法。

氧化亞硅的可逆比容量大約在1500mA·h·g^-1，首次庫倫效率在65％，碳包覆改性的氧化亞硅具有1700mA·h·g^-1的可逆比容量，76％的首次庫倫效率，循環性能較原料也有極大提高，但76％的首次庫倫效率仍難以滿足需求。對氧化亞硅材料進行預補鋰，預先消耗材料中不可逆的組分，是一種提高材料首次庫倫效率的辦法。

常用的補鋰方法中，通常以鋰箔或者惰性鋰粉為鋰源，成本高昂，難以放大生產。而鋰鹽價格低廉，易于獲取，使用條件簡單。但部分鋰鹽，例如氫氧化鋰、硝酸鋰等，含有氧原子，在對氧化亞硅進行補鋰過程中，會造成氧化亞硅的氧化，電化學性能也有一定下降，并且通過該硝酸鹽、氫氧化鋰與氧化亞硅反應通常需要800℃以上的溫度；而非含氧鋰鹽，例如氟化鋰、氫化鋰等，雖不會造成材料氧化，但由于其分解溫度較高，在高溫預鋰過程中，會加劇氧化亞硅的歧化，硅晶粒增大，循環性能惡化。針對鋰鹽的缺陷，一方面是選取包覆碳后的氧化亞硅材料與鋰鹽反應，可以減小反應過程中的歧化和氧化，減小硅晶粒的力度，提高循環性能；另一方面是引入還原性氣氛可以在較低溫度下置換出鋰鹽中的金屬鋰，降低反應溫度，也會減小硅晶粒力度。除此之外，為了保證反應的均勻程度，鋰鹽的粒度應與氧化亞硅的粒度在一定比值范圍內，這樣的化，鋰鹽與氧化亞硅有較高的接觸面積，提高了預鋰的均勻程度。

申請公布號為CN104993098A的中國發明專利公布了一種將鋰金屬粉末均勻分布在負極極片表面實現了負極材料補鋰的的方法。其制備條件苛刻，需要在無氧條件下進行，并且，鋰金屬在與電極極片接觸的過程中，存在著接觸不均勻的缺點，預鋰化程度和均勻性難以控制。

申請公布號為CN107093730B的中國發明專利公布了一種利用電化學原理對負極材料補鋰的辦法，但其制備工藝復雜，難以放大，并不適合大規模的工業化生產。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種預鋰化氧化亞硅/碳復合材料及其制備方法和應用。本發明公開了一種可逆比容量高、且具有高首效的預鋰化氧化亞硅/碳復合材料，且該預鋰化氧化亞硅/碳復合材料的制備方法易于大規模生產。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

本發明公開了一種預鋰化氧化亞硅/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用氣相沉積技術，利用沉積氣體對氧化亞硅進行氣相沉積包覆碳層，得到氧化亞硅/碳復合材料；

S2、將粉碎后的鋰鹽與所得氧化亞硅/碳復合材料混合均勻，得到預燒物料；

S3、還原性氣氛下，將所得預燒物料進行熱處理，得到預鋰化氧化亞硅/碳復合材料。