本发明专利技术公开了一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其包括氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和无机物包覆层。本发明专利技术还提出的一种所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，包括：取氧化亚硅和锂元素的无机化合物混合球磨，在保护气体的环境下烧结，自然冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；将氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料与无机物进行混合球磨，然后在保护气体条件下进行烧结。本发明专利技术提出的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法，所述制备方法简单、安全、成本低，易于操作和工业化生产，得到的复合负极材料可逆容量高，循环性能优良，首次库伦效率高。
【技术实现步骤摘要】
一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料
，尤其涉及一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其较高的比能量、较长的循环使用寿命等特点而广泛应用于各类电子产品和设备以及电动汽车等领域中。当前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨类负极材料，其理论容量只有372mAh/g，实际容量在340-360mAh/g之间，无法满足高比能量电池的设计要求。因此，开发出比容量高、循环稳定性和倍率性能好的下一代新型负极材料以实现在电子产品和电动汽车上的广泛使用已经成为电池领域研究的关键课题。近十年来，硅基材料由于其极高的比容量(Si：4200mAh/g，SiO：2000mAh/g)而受到学界和业界广泛而持续的研究。但是硅材料在充放电过程中高达300％的体积膨胀以及由此而引起的材料粉化问题依然没有很好的解决方案。学界普遍采取纳米化硅材料并与具有缓冲硅体积膨胀的材料(例如石墨)复合的方式来缓解体积膨胀问题。但是学术界采取的制备纳米硅方法过程精巧复杂，不仅增加了成本，而且操作繁杂，难于转化到工业化生产。相对于Si，氧化亚硅(SiO)材料的体积膨胀(200％)要低于Si，并且SiO在首次嵌锂过程中中会形成硅酸锂物相，例如Li2SiO3，Li4SiO4等，这些材料具有一定的离子导电性，并且可以缓冲体系的体积膨胀。此外，SiO材料成本较纳米Si要低廉。因此，SiO被视为高比能锂离子电池理想的负极材料，然而其嵌锂过程中会形成硅酸锂物相会不可逆的消耗部分锂，造成电池首次库伦效率偏低，限制了其在锂离子电池中的应用。为了改善SiO材料负极材料的性能，首先必须要解决其首次库伦效率低下的问题。目前解决这一问题的方法有材料表面包覆、离子掺杂、电解液匹配等。然而，这些手段对于改善SiO首次库伦效率十分有限。当前，学术界的做法是借鉴对Si预锂的方法，对SiO进行预锂，将电极循环第一次嵌锂过程的不可逆消耗锂反应提前至材料制备阶段，通过电化学预锂方式实现，但这一方法过程复杂，效率低，成本高，难以实现规模化生产。当前，解决SiO材料首次库伦效率低的问题还处在研究起步阶段，并无十分有效的方法。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法，所述制备方法简单、安全、成本低，易于操作和工业化生产，得到的复合负极材料可逆容量高，循环性能优良，首次库伦效率高。本专利技术提出的一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其包括作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的无机物包覆层。优选地，所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料在复合负极材料中的重量含量为90-95％，无机物包覆层在复合负极材料中的重量含量为5-10％。优选地，其粒子尺寸D50为5-10μm。本专利技术还提出的一种所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、取氧化亚硅和锂元素的无机化合物球磨0.5-3h，在保护气体的环境下烧结1-10h，其中，烧结温度为400-800℃，冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；S2、将S1中的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料与无机物进行混合球磨，然后在保护气体条件下进行烧结得到所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其中，烧结温度为400-800℃，烧结时间为1-10h。优选地，在S1中，所述氧化亚硅、锂元素的无机化合物的摩尔比为8：0.5-8。优选地，在S1中，所述氧化亚硅中Si、O原子比为n，1≤n<2；所述氧化亚硅的粒径为3-10μm。优选地，在S1中，所述锂元素的无机化合物为碳酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或者多种的混合物。优选地，在S2中，所述无机物为碳无机物或者铝无机物；所述碳无机物为热沥青、石油沥青、煤沥青中的一种或者多种的混合物；所述铝无机物为醋酸铝、氢氧化铝中的一种或者两种的混合物。优选地，在S1和S2中，所述保护气体为氮气、氩气、氮气与氢气的混合气体、氩气与氢气的混合气体中的一种或者多种的混合物。优选地，在氮气与氢气的混合气体中，氮气与氢气的体积比为90-98：2-10；在氩气与氢气的混合气体中，氩气与氢气的体积比为90-98：2-10。优选地，在氮气与氢气的混合气体中，氮气与氢气的体积比为95：5；在氩气与氢气的混合气体中，氩气与氢气的体积比为95：5。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用固相烧结反应和高温碳化相结合的方法制备了氧化亚硅/硅/偏硅酸锂(SiO/Si/Li2SiO3)复合负极材料，在复合负极材料中，氧化亚硅经过与锂的无机化合物的固相反应，生成的产物既保持了高容量，也提高了材料的首次库伦效率。同时固相反应过程中形成纯相Li2SiO3或者Li4SiO4，可以改善离子导电和缓冲硅基材料充放电过程的体积膨胀。包覆层由无机物组成，一方面改善界面性能，另一方面可以阻止了硅基活性材料与电解液的接触，防止SEI膜在嵌锂和脱锂过程中不断的形成的降解。因此，这种经过无机物包覆的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂(SiO/Si/Li2SiO3)复合负极材料具有较高的比容量和首次库伦效率而且循环性能优异。另外，此制备方法简单、安全、成本低，易于操作和工业化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的结构示意图；图2为本专利技术实施例1制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的SEM图片；图3为本专利技术实施例1制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的XRD图片；图4为使用本专利技术实施例1制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料组装的电池的首次充放电曲线。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1本专利技术提出的一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其由作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的碳包覆层组成；其中，氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料在复合负极材料中的重量含量为90％，碳包覆层在复合负极材料中的重量含量为10％，其组成为[SiO/Si/Li2SiO3]0.9/I0.1，其中，SiO/Si/Li2SiO3为氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料，I为碳包覆层。本专利技术还提出的一种所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将10.0g氧化亚硅、8.4g碳酸锂机械混合10min，球磨30min，在纯度为99.99％的氮气的环境下烧结6h，其中，烧结温度为800℃，自然冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；S2、将5g氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料与1.58g沥青机械混合10min，球磨30min，然后在纯度为99.99％的氮气环境下烧结6h，烧结温度为800℃，得到所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料。图1为本专利技术实施例1制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的结构示意图，由图1可知，所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料由作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的碳包覆层组成。对本实施例中制备的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料进行SEM和XRD检测，其结果如图2和图3所示，由图2可知，SiO/Si本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其特征在于，其包括作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的无机物包覆层。
【技术特征摘要】
1.一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其特征在于，其包括作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的无机物包覆层。2.根据权利要求1所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其特征在于，所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料在复合负极材料中的重量含量为90-95％，无机物包覆层在复合负极材料中的重量含量为5-10％。3.根据权利要求1或2所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其特征在于，其粒子尺寸D50为5-10μm。4.一种如权利要求1-3中任一项所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、取氧化亚硅和锂元素的无机化合物球磨0.5-3h，在保护气体的环境下烧结1-10h，其中，烧结温度为400-800℃，冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；S2、将S1中的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料与无机物进行混合球磨，然后在保护气体条件下进行烧结得到所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其中，烧结温度为400-800℃，烧结时间为1-10h。5.根据权利要求4所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，其特征在于，在S1中，所述氧化亚硅、锂元素的无机化合物的摩尔比为8：0.5-8。6.根据权利要求4或5所述氧化亚硅/硅...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭桂略，齐美洲，刘会，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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