含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池技术

本发明专利技术实施例涉及一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池，负极材料具有核壳结构，内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层；内核占负极材料的质量比为[80％，99％]；内核中预锂化硅烯材料占内核的质量比为[10％，90％]；外壳占负极材料的质量比为[1％，20％]；预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li

【技术实现步骤摘要】
含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池。
技术介绍
21世纪以来，全球气候变暖，导致两极冰川溶化、海平面上升，全球自然生态系统平衡遭受破坏，其最主要的原因就是温室气体的大量排放。能源行业是最主要的温室气体排放源之一，开发绿色清洁能源是当前的重中之重。锂离子电池是一种二次电池，体积小、能量密度高，生产制造及使用过程中绿色环保，被业内广泛接受。目前市场普遍使用的锂离子电池负极材料主要为石墨负极材料，理论容量372mAh/g，但相较于市场上高能量密度的需求仍显不足。硅负极理论容量4200mAh/g，远高于石墨，但其在脱嵌锂过程中的体积膨胀问题一直是一个难题。专利申请CN201810064192.0提出一种硅烯/碳负复合极材料及其制备方法，该复合负极材料的制备方法包括：将硅烯、导电粒子和碳源在溶剂中混合进行喷雾干燥，最后在非氧化性气氛中进行碳化处理得到硅烯/碳复合负极材料。该方法工艺简单，但其颗粒表面不可避免存在硅烯，充放电过程中因硅的膨胀会导致电解液的消耗。专利申请CN201910977401.5公开一种锂电池用负极材料及锂电池，负极材料为具有核壳结构的硅碳复合材料；其中，负极材料的内核为碳颗粒，第一包覆层为氧化硅烯或硅烯与缓冲材料的复合材料构成的包覆层，第二包覆层为点状包覆的碳颗粒层或连续包覆的碳包覆层。该负极材料具有多层核壳结构，通过外壳包覆层缓解了充放电过程中体积变化，具有长循环、高稳定性优点。但和传统纳米硅碳复合材料相似，硅烯的存在会导致其首次循环效率偏低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料及制备方法和锂电池，负极材料具有核壳结构，内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层。该负极材料以硅烯或氧化硅烯的片状特点有效缓解负极材料的膨胀问题；通过预先锂化硅烯材料，提高了负极材料的首次充放电效率；通过表层的碳包覆，使得负极材料具有长循环、高循环稳定性的优点。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；其中，所述负极材料的内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，所述外壳为一层或多层的含碳层；其中，所述预锂化硅烯材料具体为：预锂化的氧化硅烯和/或预锂化的硅烯；所述内核占所述负极材料的质量比为[80％，99％]；所述内核中所述预锂化硅烯材料占所述内核的质量比为[10％，90％]；所述外壳占所述负极材料的质量比为[1％，20％]；所述预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li4SiO4、Li2Si2O5、Li2SiO3中的一种或多种。优选的，使用Cu-Ka射线对所述负极材料进行X射线衍射的测定，分别在2θ为18.906°、26.920°、33.079°、38.438°处存在硅酸锂Li2SiO3结晶体特征峰，和/或在2θ为22.228°、22.594°、33.919°处存在硅酸锂Li4SiO4结晶体特征峰，和/或在2θ为28.501°、47.405°、56.247°处存在硅酸锂Li2Si2O5的结晶体特征峰。优选的，所述预锂化硅烯材料的厚度为1～500nm，长度50nm～10um；所述碳颗粒的中值粒径为1～10um，所述碳颗粒具体为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或多种；所述含碳层的厚度为10nm～1um。优选的，所述负极材料的中值粒径为1～30um，比表面积BET为0.5～10m2/g，质量比容量为400～2000mAh/g。第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料的制备方法，包括：将硅烯和/或氧化硅烯与含锂无机化合物按所需比例混合在惰性气体氛围下烧结，得到预锂化硅烯材料；将所述预锂化硅烯材料与碳颗粒按所需比例混合，球磨，制得硅碳材料混合物；将所述硅碳材料混合物进行碳包覆，得到所述含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料。优选的，所述含锂无机化合物包括：碳酸锂、氢氧化锂、氢化锂、氟化锂中的一种或多种；所述碳颗粒的中值粒径为1～10um，所述碳颗粒具体为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或多种；所述硅烯为片状结构，厚度为1～500nm，长度50nm～10um；所述氧化硅烯为片状结构，厚度为1～500nm，长度50nm～10um。优选的，所述碳包覆包括：有机碳源热解包覆或碳源气体气相包覆；其中，有机碳源热解包覆中，有机碳源为沥青、葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、淀粉中的一种或多种；热解包覆温度为700℃～900℃，保温时间30分钟～12小时；所述碳源气体气相包覆中，碳源气体为甲烷、乙炔、丙烷、丙炔中的一种或多种；气相包覆温度为600℃～900℃，保温时间30分钟～12小时。优选的，所述烧结的温度为600～800℃，烧结时间30分钟～12小时；所述球磨的转速为150r/min～500r/min，时间为30分钟～2小时。第三方面，本专利技术实施例提供了一种负极极片，包括上述第一方面所述的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料。第四方面，本专利技术实施例提供了一种锂电池，包括上述第一方面所述的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料。本专利技术实施例提供的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，具有核壳结构，内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层；内核占负极材料的质量比为[80％，99％]；内核中预锂化硅烯材料占内核的质量比为[10％，90％]；外壳占负极材料的质量比为[1％，20％]；预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂。通过硅烯或氧化硅烯的片状特点有效缓解负极材料的膨胀问题；通过预先锂化硅烯材料，提高了负极材料的首次充放电效率；通过表层的碳包覆，使得负极材料具有长循环、高循环稳定性的优点。附图说明图1为本专利技术实施例提供的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例1提供的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料的X射线衍射(XRD)图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。本专利技术实施例提供了一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，具有核壳结构，包括内核和外壳；其中，负极材料的内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，外壳为一层或多层的含碳层；预锂化硅烯材料具体为预锂化的氧化硅烯和/或预锂化的硅烯；预锂化硅烯材料为片状结构，预锂化硅烯材料的厚度为1～500nm，长度50nm～10um，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li4SiO4、Li2Si2O5、Li2SiO3中的一种或多种。碳颗粒的中值粒径为1～10um，碳颗粒具体为天然石墨、人造石墨、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；/n其中，所述负极材料的内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，所述外壳为一层或多层的含碳层；其中，所述预锂化硅烯材料具体为：预锂化的氧化硅烯和/或预锂化的硅烯；/n所述内核占所述负极材料的质量比为[80％，99％]；所述内核中所述预锂化硅烯材料占所述内核的质量比为[10％，90％]；所述外壳占所述负极材料的质量比为[1％，20％]；/n所述预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li

【技术特征摘要】
1.一种含预锂化硅烯材料的锂电池负极材料，其特征在于，所述负极材料具有核壳结构，包括内核和外壳；
其中，所述负极材料的内核为预锂化硅烯材料与碳颗粒的混合物，所述外壳为一层或多层的含碳层；其中，所述预锂化硅烯材料具体为：预锂化的氧化硅烯和/或预锂化的硅烯；
所述内核占所述负极材料的质量比为[80％，99％]；所述内核中所述预锂化硅烯材料占所述内核的质量比为[10％，90％]；所述外壳占所述负极材料的质量比为[1％，20％]；
所述预锂化硅烯材料为片状结构，物相包含纳米硅和/或氧化硅、以及硅酸锂；其中硅酸锂为Li4SiO4、Li2Si2O5、Li2SiO3中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，使用Cu-Ka射线对所述负极材料进行X射线衍射的测定，分别在2θ为18.906°、26.920°、33.079°、38.438°处存在硅酸锂Li2SiO3结晶体特征峰，和/或在2θ为22.228°、22.594°、33.919°处存在硅酸锂Li4SiO4结晶体特征峰，和/或在2θ为28.501°、47.405°、56.247°处存在硅酸锂Li2Si2O5的结晶体特征峰。


3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述预锂化硅烯材料的厚度为1～500nm，长度50nm～10um；
所述碳颗粒的中值粒径为1～10um，所述碳颗粒具体为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳中的一种或多种；
所述含碳层的厚度为10nm～1um。


4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的中值粒径为1～30um，比表面积BET为0.5～10m2/g，质量比容量为400～2000mAh/g。


5.一种上述权利要求1-4任一所述的含预锂化硅烯材料的锂电池负极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱静，刘柏男，罗飞，
申请(专利权)人：溧阳天目先导电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32