一种粉体预锂化硅基负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种粉体预锂化硅基负极材料及其制备方法和应用，本发明专利技术首先制备得到含锂碳硼烷簇合物包覆的氧化亚硅材料，然后经过分段式升温烧结，使含锂碳硼簇合物中的硼元素不断向硅基材料中扩散，替代部分硅原子，形成替位式掺杂，提高空位载流浓度，从而提高硅材料的本征电子电导率。同时，高温烧结过程中，含锂碳硼烷簇合物中未完全反应的锂离子与氧化亚硅反应，进一步形成偏硅酸锂、硅酸锂、氧化锂等副产物实现预锂化，从而提高由此材料制成的电池的首次库伦效率。进而通过化学气相沉积在材料表面形成均匀致密的碳层，可以弥补碳硼烷簇合物碳化形成碳层相对较为疏松多孔的缺陷，从而进一步提高材料的循环稳定性。

A Powder Prelithium Silicon Carbide-based Anode Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种粉体预锂化硅基负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种一种锂离子电池材料，尤其涉及一种粉体预锂化硅基负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着电动汽车与便携式用电器的发展，高能量密度锂离子电池的需求也日益增加。传统石墨负极材料理论比容量仅有372mAh/g，很难满足市场需求。硅材料的首次克容量为4200mAh/g，嵌锂平台更高，地壳储存丰富，对环境友好等优势，逐渐引起研究者的广泛关注。然而硅的体积膨胀高达300％，在循环过程中，不仅会导致硅与周围的导电炭网络分离，形成“死硅”，还会导致硅与集流体发生剥离。其次，较大的体积膨胀还会导致表面的SEI膜不断重组破坏，使SEI膜越来越厚，不断消耗正极的Li+，库伦效率降低。最后，较大的体积膨胀在循环后期导致硅材料粉化，这些问题最终导致循环性能急剧恶化。由于上述问题，学术界与产业界将部分注意力转移到氧化亚硅上。与纳米硅相比，氧化亚硅虽然牺牲了部分容量，但其膨胀相对较小(～100％)，并且在充放电过程中生成的副产物氧化锂、硅酸锂、偏硅酸锂等可以提供缓冲作用，极大地提高材料的循环性能。但是材料的导电性相对较差，首效较低。LeeDJ[Le本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉体预锂化硅基负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、在无水无氧的环境下，将碳硼烷簇合物加入到有机锂溶液中反应，得到混合液；S2、将氧化亚硅加入混合液中浸泡后得到混合物，混合物干燥后得到含锂碳硼烷簇合物包覆的氧化亚硅材料；S3、将含锂碳硼烷簇合物包覆的氧化亚硅材料置于惰性气体中进行烧结，冷却后得到烧结物料；S4、烧结物料先用酸进行酸洗除杂后，再洗涤至中性，干燥后得到干燥物料；S5、将干燥物料置于惰性气体中，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却至室温后得到致密包覆材料；S6、将致密包覆材料破碎成粉末状颗粒后与石墨混合，制备得到粉体预锂化硅基负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种粉体预锂化硅基负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、在无水无氧的环境下，将碳硼烷簇合物加入到有机锂溶液中反应，得到混合液；S2、将氧化亚硅加入混合液中浸泡后得到混合物，混合物干燥后得到含锂碳硼烷簇合物包覆的氧化亚硅材料；S3、将含锂碳硼烷簇合物包覆的氧化亚硅材料置于惰性气体中进行烧结，冷却后得到烧结物料；S4、烧结物料先用酸进行酸洗除杂后，再洗涤至中性，干燥后得到干燥物料；S5、将干燥物料置于惰性气体中，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却至室温后得到致密包覆材料；S6、将致密包覆材料破碎成粉末状颗粒后与石墨混合，制备得到粉体预锂化硅基负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述有机锂溶液中溶质为甲基锂、乙基锂、丁基锂以及苯基锂的一种或几种，有机锂溶液中溶剂为己烷、乙醚、苯、石油醚中的一种或几种；所述有机锂溶液的摩尔浓度为0.8mol/L～2.5mol/L，所述碳硼烷簇合物与有机锂溶液中溶质的摩尔比为2:1～1:3；所述反应的温度为-10℃～30℃，时间1h～12h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，所述碳硼烷簇合物为闭式邻-碳硼烷、闭式间-碳硼烷、闭式对-碳硼烷、巢式间-碳硼烷、网式对-碳硼烷中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，所述氧化亚硅的中值粒径为5μm～7μm；所述氧化亚硅与碳硼烷簇合物的摩尔比为4:1～1:1；所述浸泡的时间为1h～12h；所述干燥为真空干燥，真空干燥温度为60℃～100℃。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，王庆莉，林少雄，许家齐，周勇岐，丁楚雄，
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