低温预锂化SiO制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及低温预锂化SiO

【技术实现步骤摘要】
低温预锂化SiO
x
/碳复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及低温预锂化SiO
x
/碳复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)由于其能量密度高、工作温度范围宽、无记忆效应等优点已经成为电动汽车的主要储能器件。采用具有更高理论容量硅负极材料(4200mAh
·
g
‑1)取代现在商用石墨负极能大大提高锂离子电池能量密度，从而实现电动汽车行驶更高的里程。但是硅在脱嵌锂过程中会有巨大的体积膨胀(约300％)，会导致材料粉化、SEI膜反复生长、容量迅速衰减，严重限制其实际应用。同样具有较高理论容量(2400mAh
·
g
‑1)且脱嵌锂时体积膨胀较小的SiO
x
也因此收到更多关注。SiO
x
由于在首次循环过程中会有不可逆硅酸盐生成消耗活性锂导致首次库伦效率较低，影响电池的能量密度，同时SiO
x
的电导率较低。通过预锂化方法可以有效提高SiOx的首次库伦效率。
[0003]电芯厂商现有的预锂化方法大多为锂箔或锂粉对负极极片进行补锂，而锂箔和锂粉都具有安全隐患，对使用环境有很高的要求，且成本较高，若SiO
x
材料补锂后可直接使用无需对极片进行额外补锂就可以避免以上问题。现有的对SiO
x
材料预锂化方法大多为SiO
x
与锂源混合后加热到锂源熔点(800℃)以上的高温预锂化(CN202010885030.0；CN202011192354.2)，在这个温度下SiO
x
会发生歧化，内部的硅晶粒会增大，同时表面会有电化学惰性SiO2层生成，从而降低SiO
x
材料的循环稳定性并限制其首效的提高。因此提供一种低温预锂化SiO
x
材料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种低温预锂化SiO
x
/碳复合材料，通过选用低熔点锂源进行低温预锂化SiO
x
，避免了SiO
x
的高温歧化，得到的SiO
x
/碳复合材料用于锂离子电池负极材料，具有明显提高的首次库伦效率和良好的循环稳定性；本专利技术还提供其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种低温预锂化SiO
x
/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将SiO
x
与低熔点锂源混合均匀，在惰性气体氛围下，于300
‑
500℃进行热处理，得到预锂化SiO
x
；
[0008](2)将预锂化SiO
x
在有机碳源气体氛围下，进行气相沉积碳包覆，得到预锂化SiO
x
/碳复合材料。
[0009]本专利技术中，所述SiO
x
粒径d50为5
‑
8μm，0<x<2，为商用未经歧化的SiO
x
粉体，。
[0010]本专利技术中，所述低熔点锂源为氢氧化锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂、碘化锂、硬脂酸锂中的一种或多种。
[0011]本专利技术中，所述SiO
x
与低熔点锂源的摩尔比为(3
‑
15):1。
[0012]本专利技术中，所述惰性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或多种，惰性气体的通气速率为100
‑
200mL/min。
[0013]步骤(1)在进行热处理时，升温速率为3
‑
20℃/min，升温至300
‑
500℃保温3
‑
10h。
[0014]本专利技术中，所述有机碳源气体为体积比1:(1
‑
12)的有机气体与氩气组成的混合气体，，所述有机气体为甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、乙炔中的一种或多种。
[0015]步骤(2)在进行气相沉积碳包覆时，包覆温度为700
‑
1000℃，包覆时间为1
‑
5h。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种由上述制备方法制备得到的低温预锂化SiO
x
/碳复合材料。
[0017]第三方面，本专利技术提供一种所述低温预锂化SiO
x
/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0019](1)本专利技术制备的低温预锂化SiO
x
/碳复合材料，利用SiO
x
与低熔点锂源低温共热提前生成不可逆Li2SiO3，以提高其用于锂离子电池负极材料时的首次库伦效率；选用单一低熔点锂源或根据共晶相图选用两种以上锂源组成共晶熔融盐，来降低SiO
x
与锂源预锂化所需反应温度，避免了SiO
x
高温歧化使材料内部硅晶粒增大和电化学惰性SiO2在材料表面生成，在提高其首次库伦效率的同时保证其循环稳定性；
[0020](2)本专利技术的制备工艺简单，成本较低，适合工业化大规模生产，极具应用前景。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1商用SiO
x
的SEM图；
[0022]图2为本专利技术实施例1所得材料的XRD图；
[0023]图3为本专利技术对比例2所得材料的XRD图；
[0024]图4为本专利技术实施例1、对比例1、对比例2的扣式半电池首次充放电曲线图。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。实施例中所使用的原料，如无特别说明，均为市售常规原料；实施例中所使用的工艺方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
[0026]实施例中所采用的SiO
x
(x＝1.1)粉体的SEM图如图1所示，由图1可见SiO
x
粉体的尺寸介于4
‑
8μm，且表面光滑。
[0027]实施例1
[0028]采用本专利技术的方法制备低温预锂化SiO
x
/碳复合材料，具体步骤如下：
[0029](1)将摩尔比为4:1的SiO
x
粉体和硬脂酸锂混合均匀，置于管式炉中，并通入高纯氩气，气流速率为100mL/min，以5℃/min的升温速率升温至400℃，保温5h，进行热处理，得到预锂化SiO
x
；
[0030](2)将步骤(1)中的预锂化SiO
x
置于回转炉中，先通入氩气排氧2h后，以10℃/min的升温速率升温至900℃，再通入体积比为10:1的氩气和乙烯混合气体，进行CVD碳包覆，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温预锂化SiO
x
/碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将SiO
x
与低熔点锂源混合均匀，在惰性气体氛围下，于300
‑
500℃进行热处理，得到预锂化SiO
x
；(2)将预锂化SiO
x
在有机碳源气体氛围下，进行气相沉积碳包覆，得到预锂化SiO
x
/碳复合材料。2.根据权利要求1所述的低温预锂化SiO
x
/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述SiO
x
粒径d50为5
‑
8μm，0<x<2。3.根据权利要求1所述的低温预锂化SiO
x
/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述低熔点锂源为氢氧化锂、乙酸锂、碳酸锂、硝酸锂、碘化锂、硬脂酸锂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的低温预锂化SiO
x
/碳复合材料的制备方法，其特征在于：所述SiO
x
与低熔点锂源的摩尔比为(3
‑
15):1。5.根据权利要求1所述的低温预锂化SiO
x

【专利技术属性】
技术研发人员：林双，杜春雨，吴涛，周岩，赵艳红，木天胜，张志鹏，霍华，徐艳，
申请(专利权)人：淄博火炬能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：