[發明專利]一種摻鎂氧化亞硅復合負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202310116015.3
• 申請日: 2023-02-15
• 公開（公告）號: CN116169265A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 蔣其旺;麻婷婷;張潔
• 申請（專利權）人: 萬華化學（煙臺）電池材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/48;H01M4/62
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本發明提供了一種摻鎂氧化亞硅復合負極材料的制備方法，將氣流粉碎過程中產生的氧化亞硅細粉經過預鎂化、硅溶膠包覆、刻蝕得到一種內殼和外層中間存在空隙的摻鎂氧化亞硅復合負極材料。該負極材料具有多級體積緩沖性能，能夠有效緩解氧化亞硅充放電過程中的體積膨脹，該負極材料制備工藝簡單、生產成本低，并表現出良好的電學性能和穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池的技術領域，特別涉及一種鋰離子電池的摻鎂氧化亞硅復合負極材料的制備方法。

背景技術

硅基負極材料一般包括單質納米硅和氧化亞硅，單質硅理論容量高，但在鋰離子嵌入時其體積膨脹高達300％，即便是對其進行各種形式的碳包覆，在循環過程中也會出現材料開裂粉化的現象。而氧化亞硅材料，雖然理論容量不及單質硅那么高，但其在嵌鋰時的體積膨脹也相對較小，是目前比較有潛力能夠大規模應用的硅基負極材料。

即使氧化亞硅膨脹系數相對單質硅而言稍低，也達到了110％，遠高于主流的石墨負極，在反復脫嵌離子過程中依然會由于較大的體積膨脹出現材料開裂粉化等現象，極大影響氧化亞硅材料的循環穩定性；此外，由于氧化亞硅材料在首次嵌鋰時會形成Li₂O和Li₄SiO₄等不可逆的惰性物質，導致其首次庫倫效率偏低，這些都制約著氧化亞硅材料的商業化應用。此外在氧化亞硅負極材料的制備中，氣流粉碎過程中產生較多細粉，無法有效利用，導致資源的極大浪費和制備成本的增加。

為此，我們提出了一種利用低成本方式來制備高首效和長循環穩定性的氧化亞硅復合負極材料的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種摻鎂的氧化亞硅材料，來解決上述氧化亞硅作為鋰離子電池負極材料時存在的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種鋰離子電池的摻鎂氧化亞硅復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1.按一定質量比稱取氧化亞硅細粉(例如氣流粉碎過程中產生的氧化亞硅細粉)和金屬鎂粉，混合均勻，并進行高溫燒結，對燒結后的物質進行破碎，得到前驅體1；

步驟2.將非無定形的碳材料分散于硅溶膠中得到硅溶膠復合材料；

步驟3.將前驅體1均勻分散于硅溶膠復合材料中，噴霧干燥、燒結、粉碎，制備得到具有核殼結構的前驅體2；

步驟4.用HF溶液對前驅體2進行刻蝕，過濾、洗滌至中性后干燥，最后得到一種摻鎂氧化亞硅復合負極材料。

進一步的，在步驟1中所用氧化亞硅細粉的粒徑滿足0.5um≤D50≤2um，金屬鎂粉的粒徑滿足0.5um≤D50≤2um。

進一步的，步驟1中所述鎂粉和氧化亞硅細粉質量比為(1～5)：(19～28)；

進一步的，步驟1中，其燒結過程為以3℃/min～5℃/min的升溫速度由室溫升高至300℃～500℃，保溫1h～3h，再以5℃/min～8℃/min的升溫速度升高至950℃～1100℃，保溫1h～3h，最后以1℃/min～3℃/min的升溫速度升高到1200℃～1500℃，保溫3h～24h。

進一步的，步驟1中最終破碎后的前驅體1的粒徑滿足4um≤D50≤8um。

進一步的，步驟2中非無定形的碳材料可以是一維、二維、三維結構中的一種，優選石墨烯、碳納米管、碳纖維、氣相生長碳纖維增強體；進一步的，石墨烯片層厚度1-20nm，優選2-10nm；碳納米管的直徑為20-40nm，長度10-30μm；碳纖維和氣相生長碳纖維增強體的長度為10-100μm。

進一步的，步驟2中硅溶膠固含量為20-60％，硅溶膠中二氧化硅顆粒粒徑為6-50nm；