[發(fā)明專利]一種用SiO制備納米硅化鋰復(fù)合材料的方法

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• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112768658A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫仲振
• 申請（專利權(quán)）人: 孫仲振
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開了一種用SiO制備納米硅化鋰復(fù)合材料的方法，利用行星式球磨機(jī)對SiO進(jìn)行研磨，對研磨好的SiO顆粒在真空條件下烘干，在手套箱中將SiO顆粒加熱后加入Li金屬，將SiO顆粒和鋰的混合物在鉭坩堝中進(jìn)行機(jī)械攪拌，在惰性氣體的環(huán)境中加熱一段時(shí)間后，制備得到Li_xSi/Li₂O復(fù)合材料，均勻分散的活性Li_xSi納米顆粒嵌入在穩(wěn)定的Li₂O基體中，具有非常優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性和循環(huán)性，本發(fā)明制備的Li_xSi/Li₂O復(fù)合材料在干燥空氣中容量衰減可以忽略，Li_xSi/Li₂O在環(huán)境空氣中暴露6小時(shí)后，容量達(dá)到1240mAh/g，本發(fā)明制備的Li_xSi/Li₂O復(fù)合材料還可以作為負(fù)極材料，具有穩(wěn)定的性能和持續(xù)的高容量保持率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用SiO制備納米硅化鋰復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池在消費(fèi)電子產(chǎn)品、新能源汽車以及大型儲(chǔ)能電站等有著廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的鋰電池在未充電狀態(tài)下，鋰離子被預(yù)先儲(chǔ)存在正極極片中，而負(fù)極極片中沒有鋰離子。鋰電池在首次循環(huán)中，有機(jī)電解質(zhì)不穩(wěn)定，在電極表面形成固體電解質(zhì)界面層SEI膜，消耗鋰形成不可逆容量損失，造成首次循環(huán)庫侖效率較低。首次循環(huán)現(xiàn)有的石墨負(fù)極有5-20％鋰不可逆形成了SEI膜，而新出現(xiàn)的高容量的同素異形體，如Si，Sn，或SiO_x，首次循環(huán)高達(dá)20-50％的不可逆容量損失。合金陽極由于電極結(jié)構(gòu)的潛在機(jī)械破壞和鋰離子化過程中的體積變化，引起了電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。采用雙向優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如納米線、多孔納米結(jié)構(gòu)和碳復(fù)合材料，在數(shù)千次循環(huán)中提高了循環(huán)性能，然而先進(jìn)的納米結(jié)構(gòu)增加了電極-電解質(zhì)的接觸面積，從而加劇了鋰的不可逆損失。

在首次循環(huán)中消耗過量的正極材料，顯著降低能量密度。由于正極厚度的動(dòng)力學(xué)限制，通過負(fù)載過多的正極材料來有效地補(bǔ)償鋰損耗也是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)高容量材料以在正極或負(fù)極預(yù)存儲(chǔ)大量鋰來補(bǔ)償初始損耗具有十分重要的意義

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用SiO制備納米硅化鋰復(fù)合材料的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用SiO制備納米硅化鋰復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

(1)利用行星式球磨機(jī)將SiO在200-600轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下，研磨4-8h；得到納米級的SiO顆粒；

(2)研磨好的SiO顆粒在真空條件下烘干24-60h；

(3)在手套箱中將SiO顆粒加熱至110-140℃，加熱20-30h，加入鋰金屬；

(4)將SiO顆粒和鋰的混合物在鉭坩堝中以100-300轉(zhuǎn)每分鐘的速度進(jìn)行機(jī)械攪拌，在惰性氣體的環(huán)境中加熱1-3天，加熱溫度為200-300℃。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述步驟(1)中，行星式球磨機(jī)的研磨轉(zhuǎn)速為350-450轉(zhuǎn)/分，研磨時(shí)間為5-7h。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟(1)中球磨后的SiO的粒徑大小在50-250nm范圍內(nèi)。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟(4)中的惰性氣體的環(huán)境的水氧含量的要求分別為水含量低于0.1ppm，氧含量低于1.2ppm。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟(4)中惰性氣體為氬氣。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟(3)中SiO的加熱溫度為120-130℃。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述步驟(4)中的加熱溫度為220-280℃，加熱時(shí)間為24h-36h。