[發(fā)明專利]一種具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113241430B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉超輝;林少雄;謝強勝;申永寬;盧芳
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34119
• 代理人: 余婧

本發(fā)明公開了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料，由內(nèi)向外依次包括內(nèi)核、中間層和外殼；所述內(nèi)核包括Li_xSi，其中0x≤4；所述中間層包括Li₂CO₃；所述外殼包括導(dǎo)電物質(zhì)。本發(fā)明還公開了該具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料的制備方法，通過對硅氧化物SiO_y(0y2)粉末依次進行預(yù)鋰化處理、通入二氧化碳生成Li₂CO₃保護層、表面包覆導(dǎo)電物質(zhì)得到。本發(fā)明可以同時完成硅基負極的預(yù)鋰化和材料表面導(dǎo)電層包覆，與常規(guī)的硅基負極材料相比，不僅提高了首次庫倫效率和倍率性能，而且可以提高循環(huán)次數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，高能量密度、高功率密度的鋰離子電池的需求逐年增加。而市場上主流負極材料以石墨為主，但是其容量已經(jīng)無法滿足市場需求，急需找到替代產(chǎn)品。硅是目前所發(fā)現(xiàn)的具有最高理論儲鋰容量的負極材料，其比容量遠高于石墨負極材料。然而，該類材料具有不可逆容量高，首次庫倫效率低和具有300％的體積膨脹等嚴重問題，容易導(dǎo)致鋰離子電池容量明顯下降。為了使硅材料具有高容量的同時，還具有較好的循環(huán)性能。人們對預(yù)鋰化技術(shù)研究一直沒有停止過。通過預(yù)鋰化對電極材料進行補鋰，可以抵消形成SEI膜造成的不可逆鋰損耗，以提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏取?/p>

目前常見的硅負極補鋰技術(shù)包括：將鋰箔壓延到負極表面進行補鋰、鋰粉補鋰、電化學(xué)補鋰等，但是，這些補鋰方式都是針對負極極片進行處理，對操作環(huán)境要求高，且存在安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料及其制備方法。

本發(fā)明提出的一種具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料，由內(nèi)向外依次包括內(nèi)核、中間層和外殼；所述內(nèi)核包括Li_xSi，其中0x≤4；所述中間層包括Li₂CO₃；所述外殼包括導(dǎo)電物質(zhì)。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)電物質(zhì)為聚苯胺。

一種所述的具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料的制備方法，包括下述步驟：

S1、在惰性氣氛下，將鋰粉與硅氧化物粉末在加熱條件下濕法球磨，干燥，得到Li_xSi-Li₂O復(fù)合材料，其中0x≤4；

S2、將所述Li_xSi-Li₂O復(fù)合材料置于充滿惰性氣體的反應(yīng)器中，通入CO₂，升溫使CO₂和Li₂O進行反應(yīng)形成Li₂CO₃包覆層，得到Li_xSi-Li₂CO₃復(fù)合材料；

S3、采用導(dǎo)電物質(zhì)對所述Li_xSi-Li₂CO₃復(fù)合材料進行表面包覆，得到具有核殼結(jié)構(gòu)的預(yù)鋰化硅基負極材料。

優(yōu)選地，所述步驟S1中，鋰粉的摩爾量為硅氧化物粉末的摩爾量的0.5-2％；優(yōu)選地，所述硅氧化物為SiO_y，其中0y2。

優(yōu)選地，所述步驟S1中，濕法球磨的溫度為100-1000℃；優(yōu)選地，所述步驟S1中，濕法球磨的球料比為(1-10)：1；優(yōu)選地，所述步驟S1中，濕法球磨的時間為5-20h。

優(yōu)選地，所述步驟S1中，濕法球磨采用的助磨溶劑為芳香族化合物溶解于二乙醚中得到的溶液；優(yōu)選地，所述步驟S1中，濕法球磨采用的助磨溶劑為濃度為0.5-1mol/L的聯(lián)苯的乙二醚溶液。