改性预锂化硅氧材料及其制备方法、应用和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种改性预锂化硅氧材料及其制备方法、应用和锂离子电池。该改性预锂化硅氧材料的制备方法如下：在预锂化硅氧材料的表面进行包覆，形成包覆层，制得改性预锂化硅氧材料；其中，包覆层包括聚苯胺和聚乙二醇；聚苯胺和聚乙二醇的总质量与预锂化硅氧材料的质量比为(1

【技术实现步骤摘要】
改性预锂化硅氧材料及其制备方法、应用和锂离子电池


[0001]本专利技术具体涉及一种改性预锂化硅氧材料及其制备方法、应用和锂离子电池。

技术介绍

[0002]现有硅基负极材料中，由于SiOx作为负极材料使用时，具有较大的体积变化，首次嵌锂过程中有不可逆的硅酸锂及氧化锂生成，导致电池较低的初始库伦效率。
[0003]使用预锂化技术在电极正式充放电循环之前添加少量锂源，可以弥补反应中过量消耗的锂，补充SEI膜形成过程中的副反应和阴极锂的消耗，在一定程度上减轻了体积膨胀。由于使用锂进行改性，残锂导致其在水系浆料体系中碱性偏高，同时由于Si微晶在碱性水溶液中易产生H2，影响后续涂布工艺，导致电池性能不理想。

技术实现思路

[0004]本专利技术所解决的技术问题在于克服现有技术中存在的预锂化硅氧材料稳定性不足，Si易体积膨胀，制备浆料时易产气以及在锂离子电池应用中电池性能差的缺陷，提供一种改性预锂化硅氧材料及其制备方法、应用和锂离子电池。本专利技术制备的改性预锂化硅氧材料具有稳定性好，可抑制Si的体积膨胀，制备浆料时不易产气以及在锂离子电池应用中电化学性能优异的特点，并且制备方法简单，适用于大规模生产应用。
[0005]虽然现有技术中有人将聚苯胺和聚乙二醇包覆在三元正极材料表面，来提高材料的化学稳定性，但现有技术中还未有人将聚苯胺和聚乙二醇包覆在预锂化硅氧材料表面，而且可包覆的材料种类众多，并非任意可包覆在三元正极材料表面的材料都适用于预锂化硅氧负极材料并能够解决本申请的技术问题。例如常用来包覆在三元正极材料表面的包覆剂TiO2，申请人在研究中发现当包覆于预锂化硅氧材料时，无法解决本申请的技术问题，尤其是无法改善预锂化硅氧材料的产气问题；另外，申请人在研究中发现当将纤维素衍生物(如甲基纤维素和羧甲基纤维素)包覆于预锂化硅氧材料时，也无法改善预锂化硅氧材料的产气问题。而申请人创造性地发现将聚苯胺和聚乙二醇包覆在预锂化硅氧材料表面之后，不仅可以实现稳定性好的效果，而且可以实现抑制Si的体积膨胀、制备浆料时不易产气以及在锂离子电池应用中电化学性能优异的效果。
[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改性预锂化硅氧材料的制备方法，其包括以下步骤：在所述预锂化硅氧材料的表面进行包覆，形成包覆层，制得所述改性预锂化硅氧材料；
[0008]其中，所述包覆层包括聚苯胺和聚乙二醇；所述聚苯胺和聚乙二醇的总质量与所述预锂化硅氧材料的质量比为(1
‑
5.5)：100。
[0009]本专利技术中，所述包覆的操作和条件可为本领域常规，较佳地，将所述预锂化硅氧材料和含有聚苯胺和聚乙二醇的溶液加热混合。
[0010]其中，所述聚苯胺和聚乙二醇的总质量与所述预锂化硅氧材料的质量比较佳地为(1.5
‑
5)：100，例如3：100。
[0011]其中，所述聚苯胺和所述聚乙二醇的质量比可为(1
‑
6)：1，较佳地为(1
‑
3)：1，例如2：1。
[0012]其中，所述加热混合的温度可为50
‑
80℃，例如60℃。
[0013]其中，所述加热混合的时间可为1
‑
4h，例如3h。
[0014]其中，所述加热混合较佳地为水浴加热。
[0015]其中，所述加热混合较佳地在搅拌状态下进行。
[0016]所述搅拌的转速可为本领域常规，较佳地为500
‑
1500r/min，例如1000r/min。
[0017]其中，所述含有聚苯胺和聚乙二醇的溶液的制备方法可为本领域常规，一般将聚苯胺和聚乙二醇在有机溶剂中，搅拌溶解，即可。
[0018]所述有机溶剂可为本领域常规能够溶解所述聚苯胺和聚乙二醇的溶剂，较佳地为甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0019]所述搅拌的时间可为本领域常规，较佳地为20
‑
90min，例如30min。
[0020]其中，所述含有聚苯胺和聚乙二醇的溶液中，所述聚苯胺和所述聚乙二醇的浓度和可为1
‑
10g/mL，较佳地为6g/mL。
[0021]本专利技术中，所述包覆之后一般还包括固液分离和干燥的操作。
[0022]其中，所述固液分离的操作和条件可为本领域常规，例如常规过滤。
[0023]其中，所述干燥的设备可为本领域常规，例如真空烘箱。
[0024]其中，所述干燥的温度可为本领域常规，较佳地为70
‑
90℃，例如80℃。
[0025]其中，所述干燥的时间可为本领域常规，较佳地为5
‑
15h，例如12h。
[0026]本专利技术还提供了一种如前述制备方法制得的改性预锂化硅氧材料。
[0027]本专利技术还提供了一种改性预锂化硅氧材料，其包括预锂化硅氧材料及包覆在所述预锂化硅氧材料表面的包覆层，所述包覆层包括聚苯胺和聚乙二醇；所述包覆层与所述预锂化硅氧材料的质量比为(1
‑
5.5)：100。
[0028]本专利技术中，所述聚乙二醇的数均分子量可为本领域常规，较佳地为1000
‑
4000，例如1500。
[0029]本专利技术中，所述聚苯胺可为本领域常规，较佳地为质子酸掺杂型。
[0030]本专利技术中，所述包覆层与所述预锂化硅氧材料的质量比较佳地为(1.5
‑
5)：100，例如3：100。
[0031]本专利技术中，所述预锂化硅氧材料可包括锂硅酸盐和硅晶粒，所述硅晶粒分布于所述锂硅酸盐中。
[0032]其中，所述锂硅酸盐可为本领域常规，一般包括Li2SiO3。
[0033]其中，所述硅晶粒的尺寸可为2
‑
20nm，较佳地为5
‑
10nm，例如7nm。
[0034]较佳地，所述预锂化硅氧材料的表面至少部分覆盖碳层，所述碳层的厚度一般不超过20nm。所述碳层占碳包覆的硅氧材料的总重量较佳地为3
‑
6wt％，例如2wt％。
[0035]本专利技术中，所述包覆层的厚度可为10
‑
60nm。
[0036]本专利技术中，所述预锂化硅氧材料的制备方法可为本领域常规，一般包括以下步骤：将硅氧材料依次经碳包覆、预锂化和热处理，制得所述预锂化硅氧材料。
[0037]其中，所述硅氧材料可为本领域常规，例如常规市售SiO材料。
[0038]其中，所述碳包覆可为本领域常规，例如可采用本领域常规的化学气相沉积进行。
[0039]所述化学气相沉积一般在管式炉中进行。
[0040]所述化学气相沉积的温度可为500～1000℃，例如800℃。
[0041]所述化学气相沉积的方法较佳地可按下述步骤进行：在惰性气体存在的情况下升温至所述温度再通入碳源气体，保温即可。
[0042本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性预锂化硅氧材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：在所述预锂化硅氧材料的表面进行包覆，形成包覆层，制得所述改性预锂化硅氧材料；其中，所述包覆层包括聚苯胺和聚乙二醇；所述聚苯胺和聚乙二醇的总质量与所述预锂化硅氧材料的质量比为(1
‑
5.5)：100。2.如权利要求1所述的改性预锂化硅氧材料的制备方法，其特征在于，所述包覆的操作包括下述步骤：将所述预锂化硅氧材料和含有聚苯胺和聚乙二醇的溶液加热混合；所述加热混合的温度较佳地为50
‑
80℃，例如60℃；所述加热混合的时间较佳地为1
‑
4h，例如3h；所述含有聚苯胺和聚乙二醇的溶液中，所述聚苯胺和所述聚乙二醇的浓度和较佳地为1
‑
10g/mL，更佳地为6g/mL。3.如权利要求1所述的改性预锂化硅氧材料的制备方法，其特征在于，所述聚苯胺和聚乙二醇的总质量与所述预锂化硅氧材料的质量比较佳地为(1.5
‑
5)：100，例如3：100；和/或，所述聚苯胺和所述聚乙二醇的质量比为(1
‑
6)：1，较佳地为(1
‑
3)：1，例如2：1。4.一种改性预锂化硅氧材料，其特征在于，其由权利要求1
‑
3中任一项所述的改性预锂化硅氧材料的制备方法制备得到。5.一种改性预锂化硅氧材料，其特征在于，其包括预锂化硅氧材料及包覆在所述预锂化硅氧材料表面的包覆层，所述包覆层包括聚苯胺和聚乙二醇；所述包覆层与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昊，李波，宋健，张健，
申请(专利权)人：宁波杉杉硅基材料有限公司，
类型：发明
国别省市：