预锂氧化亚硅-石墨复合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预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法和应用。预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法包括下列步骤：(1)将氧化亚硅进行碳包覆，制得物料A；(2)将物料A经预锂化处理，制得物料B；(3)将物料B、石墨和粘合剂经造粒，即可；其中，步骤(3)中，物料B与粘合剂的质量比为1：(0.4～0.8)；造粒的温度为300～800℃。本发明专利技术的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料具有首次效率高，能量密度高，循环性能好的特点，在电动汽车，便携式电动工具与家用电器等领域有很高的应用价值。用电器等领域有很高的应用价值。用电器等领域有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车，便携式电动工具与家用电器的发展，高首次库伦效率、高能量密度、高循环性能的锂离子电池的需求日益增加。传统锂离子电池负极材料石墨的理论比容量仅为372mAh/g，已很难满足目前的负极高能量密度的需求。硅负极材料具有较高的理论嵌锂容量，约为4200mAh/g，且具有适中的嵌锂平台，引起了研究者的广泛关注。然而硅负极材料的主要问题是硅作为半导体材料导电性能差；硅在嵌锂过程中会产生巨大的体积膨胀，约为300％，严重影响循环性能。氧化亚硅SiOx在嵌锂过程中生成氧化锂及锂盐，可以有效缓解体积膨胀，提高了循环性能，但消耗了部分锂，导致首次库伦效率较低。
[0003]现预锂技术可以有效提升氧化亚硅SiOx材料的首次库伦效率，但现阶段高首次库伦效率氧化亚硅的主要使用方法是直接与石墨物理混合作为锂电负极材料使用，此材料具有高的库伦首次效率，高能量密度，但因氧化亚硅在嵌锂过程中的体积膨胀，约为300％，导致颗粒之间的接触性能变差，影响循环性能。
[0004]因此，本领域亟需开发一种首次库伦效率高，循环性能良好的负极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中锂电池负极材料在嵌锂时氧化亚硅体积膨胀，进而导致颗粒之间接触性能差，循环性能差，循环性能和首次库伦效率不能同时达到理想效果的缺陷，而提供一种预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料及其制备方法和应用。本专利技术的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料具有首次效率高，能量密度高，循环性能好的特点，在电动汽车，便携式电动工具与家用电器等领域有很高的应用价值。
[0006]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0007]本专利技术提供了一种预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其包括下列步骤：
[0008](1)将氧化亚硅进行碳包覆，制得物料A；
[0009](2)将所述物料A经预锂化处理，制得物料B；
[0010](3)将所述物料B、石墨和粘合剂经造粒，即可；
[0011]其中，步骤(3)中，所述物料B与所述粘合剂的质量比为1：(0.4～0.8)；所述造粒的温度为300～800℃。
[0012]步骤(1)中，所述氧化亚硅的平均粒径可为50nm～10μm，较佳地为50nm～3μm，更佳地为0.5μm～2μm，例如1μm。
[0013]其中，平均粒径为50nm～10μm的所述氧化亚硅的制备方法可采用本领域常规使用的粉碎方法，较佳地为球磨法、研磨法、气流粉碎法和机械粉碎法中的一种或多种，更佳地为球磨法。
[0014]其中，所述球磨法的条件和方法可为本领域该类操作常规的条件和方法，一般在球磨机中进行。
[0015]所述球磨机的转速可为本领域该类操作常规的转速，较佳地为1200r/min。
[0016]所述球磨法的时间可为本领域该类操作常规的时间，较佳地为3～5h，更佳地为4h。
[0017]步骤(1)中，所述氧化亚硅的纯度可为＞99.8％，较佳地为99.9％。
[0018]步骤(1)中，所述物料A中碳的质量占所述物料A的质量百分比可为1％～10％，较佳地为6％～10％，更佳地为6％～8％。
[0019]步骤(1)中，所述碳包覆的条件和方法可为本领域该类操作常规的条件和方法，较佳地，所述碳包覆的方法为气相包覆法、液相包覆法和固相包覆法中的一种或多种，更佳地为气相包覆法。
[0020]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述气相包覆法时，碳源可为本领域该类方法常规使用的碳源，较佳地为乙烯、乙炔、甲烷、丙醇和异丙醇中的一种或多种，更佳地为丙醇。
[0021]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述气相包覆法时，所述碳源的气体流量大小可为0.1～10L/min，较佳地为0.5～1L/min，更佳地为0.8L/min。
[0022]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述气相包覆法时，所述气相包覆法的温度可为本领域该类操作常规的温度，较佳地为700～1100℃，更佳地为900℃。
[0023]一较佳实施方案中，所述气相包覆法可采用程序升温的方式升温到700～1100℃。所述程序升温的速度可为本领域常规的速度，较佳地为2～4℃/min，更佳地为3℃/min。
[0024]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述气相包覆法时，所述气相包覆法的时间可为本领域该类操作常规的时间，较佳地为2～20h，更佳地为8～12h，例如10h。
[0025]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述液相包覆法时，碳源可为本领域该类方法常规使用的碳源，较佳地为石油渣油、液态环氧树脂、煤焦油和液态沥青中的一种或多种。
[0026]步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为所述固相包覆法时，碳源可为本领域该类方法常规使用的碳源，较佳地为树脂、石油系沥青和煤系沥青中的一种或多种。
[0027]步骤(2)中，所述预锂化处理的条件和方法可为本领域该类操作常规的条件和方法，一般地在管式炉、真空炉或气氛炉中进行，较佳地在气氛炉中进行。
[0028]步骤(2)中，所述预锂化处理中，锂源可为本领域常规使用的含锂物质，较佳地为锂盐、有机锂化合物和锂单质中的一种或多种，更佳地为锂盐。
[0029]其中，所述锂盐可为本领域常规使用的锂盐，较佳地为碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、氯化锂和氢氧化锂中的一种或多种，更佳地为氢氧化锂。
[0030]所述有机锂化合物可为本领域常规使用的有机锂化合物，较佳地为丁基锂、苯基锂、甲基锂和叔丁基锂中的一种或多种，更佳地为苯基锂。
[0031]步骤(2)中，所述物料A与所述锂源的质量比可为(100～5):1，较佳地为(20～5)：1，更佳地为10：1。
[0032]其中，当所述锂源为所述锂盐时，所述物料A与所述锂源的质量比可为(100～5):1，较佳地为(20～5)：1，更佳地为10：1。
[0033]较佳地，步骤(2)中，所述预锂化处理在惰性气氛下进行。所述惰性气氛可为本领
域常规使用的惰性气氛，较佳地为氦气和/或氩气，更佳地为氩气。
[0034]步骤(2)中，所述预锂化处理的温度可为本领域该类操作常规使用的温度，较佳地为200～800℃，更佳地为600℃。
[0035]一较佳实施方案中，所述预锂化处理采用程序升温的方式升温至200～800℃。所述程序升温的速度可为本领域常规的速度，较佳地为2～5℃/min，更佳地为3℃/min。
[0036]步骤(2)中，所述预锂化处理的时间可为本领域该类操作常规的时间，较佳地为2～20h，更佳地为2h。
[0037]步骤(2)中，所述物料B的放电容量可为大于1300mAh/g，较佳地为1300～1500mAh/g，更佳地为1404～1448mAh/g。
[0038]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下列步骤：(1)将氧化亚硅进行碳包覆，制得物料A；(2)将所述物料A经预锂化处理，制得物料B；(3)将所述物料B、石墨和粘合剂经造粒，即可；其中，步骤(3)中，所述物料B与所述粘合剂的质量比为1：(0.4～0.8)；所述造粒的温度为300～800℃。2.如权利要求1所述的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氧化亚硅的平均粒径为50nm～10μm，较佳地为50nm～3μm，更佳地为0.5μm～2μm，进一步更佳地为1μm；和/或，步骤(1)中，所述氧化亚硅的纯度为＞99.8％，较佳地为99.9％；和/或，步骤(1)中，所述物料A中碳的质量占所述物料A的质量百分比为1％～10％，较佳地为6％～10％，更佳地为6％～8％；和/或，步骤(1)中，所述碳包覆的方法为气相包覆法、液相包覆法和固相包覆法中的一种或多种，较佳地为气相包覆法。3.如权利要求2所述的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，平均粒径为50nm～10μm的所述氧化亚硅的制备方法为球磨法、研磨法、气流粉碎法和机械粉碎法中的一种或多种，较佳地为球磨法；较佳地，所述球磨法在球磨机中进行；所述球磨机的转速较佳地为1200r/min；较佳地，所述球磨法的时间为3～5h，更佳地为4h；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为气相包覆法时，碳源为乙烯、乙炔、甲烷、丙醇和异丙醇中的一种或多种，较佳地为丙醇；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为气相包覆法时，碳源的气体流量大小为0.1～10L/min，较佳地为0.5～1L/min，更佳地为0.8L/min；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为气相包覆法时，所述气相包覆法的温度为700～1100℃，较佳地为900℃；较佳地，所述气相包覆法采用程序升温的方式升温到700～1100℃；所述程序升温的速度较佳地为2～4℃/min，更佳地为3℃/min；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为气相包覆法时，所述气相包覆法的时间为2～20h，较佳地为8～12h，更佳地为10h；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为液相包覆法时，碳源为石油渣油、液态环氧树脂、煤焦油和液态沥青中的一种或多种；和/或，步骤(1)中，当所述碳包覆的方法为固相包覆法时，碳源为树脂、石油系沥青和煤系沥青中的一种或多种。4.如权利要求1所述的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述预锂化处理在管式炉、真空炉或气氛炉中进行，较佳地在气氛炉中进行；和/或，步骤(2)中，所述预锂化处理中，锂源为锂盐、有机锂化合物和锂单质中的一种或多种，较佳地为锂盐；和/或，步骤(2)中，所述预锂化处理在惰性气氛下进行，所述惰性气氛较佳地为氦气和/或氩气，更佳地为氩气；和/或，步骤(2)中，所述预锂化处理的温度为200～800℃，较佳地为600℃；
和/或，步骤(2)中，所述预锂化处理的时间为2～20h，较佳地为2h；和/或，步骤(2)中，所述物料B的放电容量为大于1300mAh/g，较佳地为1300～1500mAh/g，更佳地为1404～1448mAh/g；和/或，步骤(2)中，所述物料B的首次库伦效率为大于84％，较佳地为84％～86％，更佳地为84.2％或84.6％；和/或，步骤(2)中，所述预锂化处理的操作后还进一步包括冷却和/或筛分处理。5.如权利要求4所述的预锂氧化亚硅-石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述锂盐为碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、氯化锂和氢氧化锂中的一种或多种，较佳地为氢氧化锂；和/或，步骤(2)中，所述有机锂化合物为丁基锂、苯基锂、甲基锂和叔丁基锂中的一种或多种，较佳地为苯基锂；和/或，步骤(2)中，所述物料A与所述锂源...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星凯，马飞，吴玉虎，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：