含锂金属硅的制备方法、含锂金属硅、含锂SiO及其应用技术

本发明专利技术公开了一种含锂金属硅的制备方法、含锂金属硅、含锂SiO及其应用，原料包括SiO2矿石颗粒和还原剂，至少部分SiO2矿石颗粒与还原剂在还原炉内进行加热还原反应得到硅熔体，原料还包括Li源添加剂，在加热还原反应的过程中，Li源添加剂中的至少部分Li源与硅熔体形成锂硅合金，得到含锂金属硅；本发明专利技术采用的原料丰富，易于取得且成本低廉，所采用的制备路线简单，便于实施，利于大规模批量生产应用且降低生产风险，同时所得到的含锂金属硅和含锂SiO中的Li分布均匀；将通过本申请提供的包含碳包覆层的含锂SiO作为制备电池负极极片的活性物质原料时，可以使得电池具有更高的容量及首周库伦效率表现。首周库伦效率表现。首周库伦效率表现。

【技术实现步骤摘要】
含锂金属硅的制备方法、含锂金属硅、含锂SiO及其应用


[0001]本专利技术涉及一种含锂金属硅的制备方法、含锂金属硅，本专利技术还涉及了基于该含锂金属硅制备得到的含锂SiO及其应用。

技术介绍

[0002]SiO作为一种蒸镀及新能源材料，近年来应用范围不断扩大，例如将SiO应用作为锂离子电池的负极材料，为了提高锂离子电池的库伦效率，现有技术提出掺锂技术，通常是指将金属锂或锂盐通过高温反应直接嵌入SiO成品中：具体如公开号为CN105789577A的专利技术专利提出了一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法及该硅负极材料，提出通过硅内嵌在SiO2且包覆一层钛酸锂；又如公开号为CN110993949A的专利技术专利公开了一种具有多重包覆结构的负极材料、其制备方法和用途，其负极材料包括含锂SiO和依次包覆于所述SiO表面的锂盐包覆层、碳包覆层和聚合物包覆层。然而申请人通过大量信息检索分析后，发现这些掺锂技术均是基于SiO成品进行掺杂处理，普遍存在工艺实施成本高、工艺实施风险大且锂分布不均匀等缺点。
[0003]基于以上现状，本申请人基于专利技术人同时具有在硅基材料以及锂离子电池领域的多年专注研究经验，决定寻求技术方案来对解决以上技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种含锂金属硅的制备方法、含锂金属硅、含锂SiO及其应用，采用的原料丰富，易于取得且成本低廉，所采用的制备路线简单，便于实施，利于大规模批量生产应用且降低生产风险，同时所得到的含锂金属硅和含锂SiO中的Li分布均匀。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种含锂金属硅的制备方法，原料包括SiO2矿石颗粒和还原剂，至少部分SiO2矿石颗粒与所述还原剂在还原炉内进行加热还原反应得到硅熔体，其中，所述原料还包括Li源添加剂，在所述加热还原反应的过程中，所述Li源添加剂中的至少部分Li源与硅熔体形成锂硅合金，得到含锂金属硅。
[0007]优选地，所述SiO2矿石颗粒包括含锂的SiO2矿石颗粒，通过在含Li矿物中通过破碎、分选和/或浮选得到所述含锂的SiO2矿石颗粒；/以及所述含Li矿物包括含锂辉石和/或锂云母和/或透锂长石和/或磷锂石和/或锂霞石。
[0008]优选地，所述SiO2矿石颗粒中的SiO2重量份占比范围为30
‑
99wt％，和/或所述SiO2矿石颗粒的平均粒径不大于10mm。
[0009]优选地，所述Li源添加剂占所述原料的重量份比例范围为0.05
‑
35wt％；和/或所述Li源添加剂包括Li和/或Li2O和/或Li2CO3和/或LiOH和/或LiH和/或LiF和/或Li2SiO4和/或锂合金；和/或所述还原剂包括C源还原剂或Al源还原剂或Mg源还原剂，用于与所述SiO2矿石颗粒分别对应进行碳热还原反应、铝热还原反应、镁热还原反应。
[0010]优选地，将所述含锂金属硅的熔体转移至铸锭池，带铸锭池内的熔体冷却后得到呈固态状的含锂金属硅。
[0011]优选地，一种含锂金属硅，采用如上所述的制备方法制备得到，所述含锂金属硅包括锂硅合金和硅酸锂盐。
[0012]优选地，采用如上所述的含锂金属硅以及SiO2粉作为原料，至少部分含锂金属硅与所述SiO2粉发生歧化升华反应，得到所述含锂SiO。
[0013]优选地，将所述含锂金属硅预先破碎为含锂金属硅粉，将所述含锂金属硅粉与所述SiO2粉进行混合后置于坩埚内，将该坩埚置于真空沉积炉中进行所述歧化升华反应；通过所述歧化升华反应生成的含锂SiO气体经冷凝后形成块状的含锂SiO。
[0014]优选地，将所述含锂SiO破碎为含锂SiO粉，将至少部分含锂SiO粉的外表面包覆碳包覆层，得到包含碳包覆层的含锂SiO粉。
[0015]优选地，一种如上所述含锂SiO的应用，将所述包含碳包覆层的含锂SiO粉作为制备电池负极极片的活性物质原料。
[0016]本专利技术选用SiO2矿物(优选为含Li的SiO2矿物)作为主体原料，在其与还原剂进行加热还原反应过程中掺杂Li源，具体在实施时，在原料中添加Li源添加剂，在加热还原反应的过程中，Li源添加剂中的至少部分Li源与硅熔体形成锂硅合金，得到含锂金属硅；在后续应用中，可以基于该含锂金属硅与SiO2粉发生歧化升华反应，制备得到含锂SiO；将该含锂SiO通过公知工序完成碳包覆后，可直接作为制备电池极片的活性物质原料；
[0017]本专利技术采用的原料丰富，易于取得且成本低廉，所采用的制备路线简单，便于实施，利于大规模批量生产应用且降低生产风险，同时所得到的含锂金属硅和含锂SiO中的Li分布均匀；将通过本申请提供的包含碳包覆层的含锂SiO作为制备电池负极极片的活性物质原料时，可以使得电池具有更高的容量及首周库伦效率表现。
附图说明
[0018]图1是本专利技术具体实施方式下还原炉内进行加热还原反应的状态照片；
[0019]图2是本专利技术具体实施方式下制备得到含锂金属硅的成品照片；
[0020]图3是本专利技术在另一具体实施方式下制备得到含锂金属硅的成品照片；
[0021]图4是本专利技术在具体实施方式下制备得到含锂SiO的成品照片；
[0022]图5是本专利技术具体实施方式下所采用含锂的SiO2矿石颗粒的XRD扫描照片；
[0023]图6是本专利技术具体实施方式下制备得到含锂金属硅的XRD扫描照片；
[0024]图7是本专利技术具体实施方式下制备得到含锂SiO的XRD扫描照片；
[0025]图8是本专利技术具体实施方式下扣式电池的负极极片扫描电镜(SEM)照片；
[0026]图9是本专利技术具体实施方式下扣式电池的容量测试曲线图。
具体实施方式
[0027]本实施例公开了一种含锂金属硅的制备方法，原料包括SiO2矿石颗粒和还原剂，至少部分SiO2矿石颗粒与还原剂在还原炉内进行加热还原反应得到硅熔体，其中，原料还包括Li源添加剂，在加热还原反应的过程中，Li源添加剂中的至少部分Li源与硅熔体形成锂硅合金，得到含锂金属硅；其中优选，在本实施方式中，还原剂的添加重量份以实现对
SiO2矿石颗粒的充分加热还原反应为原则。
[0028]优选地，在本实施方式中，SiO2矿石颗粒中的SiO2重量份占比范围为30
‑
99wt％，和/或SiO2矿石颗粒的平均粒径不大于10mm，其平均粒径范围更优选为10μm
‑
5mm，进一步优选为30μm
‑
3mm。
[0029]优选地，在本实施方式中，Li源添加剂占原料的重量份比例范围为0.05
‑
35wt％，更优选为0.1
‑
30wt％，进一步优选为1
‑
20wt％，再进一步优选为5
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10wt％；优选地，在本实施方式中，Li源添加剂包括Li和/或Li2O和/或Li2CO3和/或LiOH和/或LiH和/或LiF和/或Li2SiO4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含锂金属硅的制备方法，其特征在于，原料包括SiO2矿石颗粒和还原剂，至少部分SiO2矿石颗粒与所述还原剂在还原炉内进行加热还原反应得到硅熔体，其中，所述原料还包括Li源添加剂，在所述加热还原反应的过程中，所述Li源添加剂中的至少部分Li源与硅熔体形成锂硅合金，得到含锂金属硅。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2矿石颗粒包括含锂的SiO2矿石颗粒，通过在含Li矿物中通过破碎、分选和/或浮选得到所述含锂的SiO2矿石颗粒；/以及所述含Li矿物包括含锂辉石和/或锂云母和/或透锂长石和/或磷锂石和/或锂霞石。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述SiO2矿石颗粒中的SiO2重量份占比范围为30
‑
99wt％，和/或所述SiO2矿石颗粒的平均粒径不大于10mm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Li源添加剂占所述原料的重量份比例范围为0.05
‑
35wt％；和/或所述Li源添加剂包括Li和/或Li2O和/或Li2CO3和/或LiOH和/或LiH和/或LiF和/或Li2SiO4和/或锂合金；和/或所述还原剂包括C源还原剂或Al源还原剂或Mg源还原剂，用于与所述SiO2矿石...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁俊，刘登华，孙梦奇，丁伟涛，
申请(专利权)人：山东石大胜华化工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：