一种负极材料及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法与锂离子电池。本发明专利技术提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：将单质锂与Si0

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法与锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种负极材料及其制备方法与锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池是应用较广二次储能器件，在在手机、电脑以、相机等3C产品以及5G通讯基站、数据中心储能设备、智慧家电、无人机等中得到了广泛的应用。
[0003]目前锂电池中，硅材料常选用氧化亚硅(Si0
x
)，与石墨复合作为负极材料，但在首次充电过程中Si0
x
与Li发生反应生成氧化锂、硅酸锂等，不可逆地消耗电池中的活性锂，导致电池首次充放电效率低。现有技术多通过极片补锂的方式来抵消首次充放电过程中消耗的不可逆锂，传统的极片补锂面临工艺环境控制难，补锂不均匀及安全差的问题。

技术实现思路

[0004]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种负极材料及其制备方法与锂离子电池，旨在提高Si0
x
材料的首次充放电效率，并使所得负极极片的均匀性更好，补锂过程更安全。
[0005]为了达到上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液，x的取值为：0<x≤1；
[0007]将所述负极活性材料溶液过滤和干燥处理以获得负极活性材料粉体；
[0008]将制备获得的负极活性材料粉体和导电剂、粘结剂进一步混合制备获得负极材料。
[0009]优选地，将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液具体包括如下步骤：
[0010]将所述单质锂加入到所述非极性溶剂中搅拌分散；
[0011]进一步加入所述Si0
x
进行搅拌分散；
[0012]在60～120℃的温度范围下搅拌加热预设的时间长度。
[0013]优选地，加入所述Si0
x
进行搅拌分散的步骤中：在温度范围60～120℃的条件下加入。
[0014]优选地，所述预设的时间长度为12h～24h。
[0015]优选地，所述非极性溶剂包括对二甲苯、均三甲苯中的至少一种。
[0016]优选地，所述单质锂包括锂粉、锂片中的至少一种。
[0017]优选地，将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液的步骤中，需要在惰性保护气氛下进行。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种负极材料，其通过所述负极材料的制备方法获得，所述负极材料所含锂元素的质量和所含硅氧总质量的质量比范围为：1:10
‑
1:2。
[0019]优选地，所述负极材料还包含石墨、粘结剂和导电剂，其中，所述石墨的重量为所述负极材料中所含硅氧和所述石墨总重量的70％～95％；所述粘结剂的重量为所述负极材料中所含硅氧和所述石墨总重量的3％～9％；所述导电剂的重量为所述负极材料中所含硅氧和所述石墨总重量的0.2％～2.5％。
[0020]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包含正极、负极以及位于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述负极包括负极材料，所述负极材料为所述负极材料。
[0021]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)本专利技术通过在非极性溶剂中对Si0
x
材料进行液相处理，使Si0
x
与单质锂反应生成锂硅酸盐等不可逆成分，可补充电化学反应过程中活性锂损失，同时，也在一定程度上减少充放电过程中活性锂的损失；同时，在温度范围为60～120℃环境温度较高的反应条件下，起到加温的目的，给补充锂源的反应过程提供一个快速反应的条件，提高硅氧与锂预锂化过程的反应活性，缩短反应时间，提升预锂化效果；再者，其最高温度控制在120℃以下，不会相对过高，避免高于非极性溶剂的沸点，保证预锂化反应能顺利进行；制得的锂离子电池具有高首次充放电效率和可逆比容量，且能量密度和循环稳定性能有一定改善。
[0023](2)通过在非极性的液相环境中，同时控制相对温和的环境条件下，本专利技术能够对Si0
x
材料均匀补锂，确保所得负极极片均匀性好，而且补锂过程更加安全，涉及的工艺简单，产线兼容性好，易实现工业化生产。
具体实施方式
[0024]为了更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例及对比例对本专利技术作进一步说明，其目的在于详细地理解本专利技术的内容，而不是对本专利技术的限制。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施所涉及的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。
[0025]本专利技术第一实施例提供了一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026]将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液，x的取值为：0<x≤1；
[0027]将所得负极活性材料溶液过滤和干燥处理以获得负极活性材料粉体；
[0028]将制备获得的负极活性材料粉体和导电剂、粘结剂进一步混合制备获得负极材料。
[0029]选用非极性溶剂为Si0
x
材料预锂化提供温和稳定的液相环境，通过在温和稳定的溶液中对Si0
x
材料进行高温液相处理，使Si0
x
与单质锂反应生成锂硅酸盐等不可逆成分(不可逆成分是指损失后无法再获得的成分)，以补充首次充放电过程中消耗的不可逆锂；上述高温液相处理还在固液界面产生均匀的含锂化物界面，可以有效避免Si0
x
形成的负极材料在电池电解液中发生副反应，降低活性锂的消耗，上述制备方法通过上述两方面作用提升Si0
x
材料的首次充放电效率。Si0
x
材料经上述液相处理，能提高锂离子电池的首次库伦效率和可逆容量，并且对锂离子电池的能量密度和循环稳定性能有一定改善。此外，Si0
x
材料经上述高温液相处理，能实现均匀补锂，确保所得负极极片均匀性好，而且补锂在非极性溶剂中进行，能在一定程度上避免单质锂与水发生反应，提高生产过程中补锂过程的安全稳定
性，具有极大的。
[0030]通过控制单质锂与Si0
x
在60～120℃下反应，以提供一个快速反应的环境，缩短反应时间，提高硅氧与锂预锂化过程的反应活性，提升预锂化效果。可选的，该温度还可以为：70～110℃，或者80～100℃，或者90～98℃。可选的，该温度还可以为：65℃，或者75℃，或者85℃，或者95℃，或者115℃。控制该反应温度不超过120℃，以避免在密闭反应容器中进行该反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液，x的取值为：0<x≤1；将所述负极活性材料溶液过滤和干燥处理以获得负极活性材料粉体；将制备获得的负极活性材料粉体和导电剂、粘结剂进一步混合制备获得负极材料。2.如权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，将单质锂与Si0
x
添加到非极性溶剂中，在温度范围为60～120℃的条件下进行加热反应获得负极活性材料溶液具体包括如下步骤：将所述单质锂加入到所述非极性溶剂中搅拌分散；进一步加入所述Si0
x
进行搅拌分散；在60～120℃的温度范围下搅拌加热预设的时间长度。3.如权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于，加入所述Si0
x
进行搅拌分散的步骤中：在温度范围60～120℃的条件下加入。4.如权利要求2所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述预设的时间长度为12h～24h。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的负极材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：季姣燕，
申请(专利权)人：欣旺达电动汽车电池有限公司，
类型：发明
国别省市：