预锂化硅基复合材料的制备方法、预锂化硅基复合材料及其应用技术

本发明专利技术公开了一种预锂化硅基复合材料的制备方法、预锂化硅基复合材料及其应用，采用Li2CO3包覆锂棒为工作电极，混合溶剂为溶剂，通过电化学沉积法在工作电极表面沉积硅基复合体材料；将硅基复合体材料进行高温碳化烧结得到预锂化硅基复合材料；其中，混合溶剂包括分别分散均匀在离子液体中的硅基前驱体材料和聚合物单体；本发明专利技术具有硅沉积致密度高、过程可控稳定、时间快、补锂一致性高等优点，通过内核金属锂棒实现对硅基材料的预锂，所得硅基复合材料具有首次效率高、膨胀低等特性；与传统的化学聚合法相比，避免了因氧化剂带来的杂质，且反应效率高。且反应效率高。且反应效率高。

【技术实现步骤摘要】
预锂化硅基复合材料的制备方法、预锂化硅基复合材料及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池制备领域，具体涉及一种预锂化硅基复合材料的制备方法，本专利技术还涉及了该制备方法得到的预锂化硅基复合材料及其应用。

技术介绍

[0002]硅基材料以其能量密度高、材料来源广泛等优点而被广泛应用于高比能量密度锂离子电池。进一步来说，硅基材料通常包括硅氧和硅碳两种类型材料，其中，硅氧材料又分为一代硅氧、预镁化硅氧以及预锂化硅氧等。
[0003]预锂化硅氧以其首次效率高(90
‑
92％)，比容量高(1400mAh/g)等优点而适用于负极比容量≥500mAh/g的负极材料的高比能量密度锂离子电池。目前市场化预锂化硅氧材料的制备方法主要采用固相法，即将SiO与金属锂在惰性气氛下烧结，气相沉积得到预锂化硅氧材料，但是存在一致性差，预锂量难以精确控制，而且由于烧结过程中不同温区的温度差异造成材料的容量不一样。
[0004]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解决以上技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种预锂化硅基复合材料的制备方法、预锂化硅基复合材料及其应用，具有硅沉积致密度高、过程可控稳定、时间快、补锂一致性高等优点，通过内核金属锂棒实现对硅基材料的预锂，所得硅基复合材料具有首次效率高、膨胀低等特性；与传统的化学聚合法相比，避免了因氧化剂带来的杂质，且反应效率高。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种预锂化硅基复合材料的制备方法，采用Li2CO3包覆锂棒为工作电极，混合溶剂为溶剂，通过电化学沉积法在所述工作电极表面沉积硅基复合体材料；将所述硅基复合体材料进行高温碳化烧结得到所述预锂化硅基复合材料；其中，所述混合溶剂包括分别分散均匀在离子液体中的硅基前驱体材料和聚合物单体。
[0008]优选地，所述硅基前驱体材料包括纳米硅、SiOx(0＜x＜2)，硅铝合金、硅铜合金、硅镍合金中的一种或任意几种的混合；和/或所述聚合物单体包括苯胺、噻吩、吡咯中的一种或任意几种的混合；和/或所述离子液体包括盐酸胍、四甲基胍盐酸盐、四甲基乳酸盐、四甲基胍硫酸氢盐中的一种或任意几种的混合。
[0009]优选地，所述硅基前驱体、离子液体和聚合物单体的质量比为100：100
‑
1000：1
‑
30。
[0010]优选地，所述Li2CO3包覆锂棒的制备方法包括如下操作步骤：
[0011]在惰性气氛下，将金属锂片添加到乙二醇二甲醚溶剂中使其表面氧化生成氧化锂，在抽真空环境下，向所述溶液中通入二氧化碳气体，升温使得二氧化碳和氧化锂反应，
得到所述Li2CO3包覆锂棒。
[0012]优选地，所述二氧化碳的流量为100
‑
500ml/min,通入时间不低于50min；和/或所述抽真空环境的压力为
‑
0.9Mpa至
‑
0.1Mpa；和/或所述升温的温度范围为30
‑
80℃。
[0013]优选地，在所述电化学沉积法中，其操作步骤包括：
[0014]在
‑
2V至2V的电压范围内，以0.5
‑
5mV/s的扫描速度扫描至少10周。
[0015]优选地，所述高温碳化烧结的操作步骤包括：
[0016]将所述硅基复合体材料置于碳化炉中，在惰性气氛下通入碳源气体，升温至800
‑
1200℃的温度条件下烧结碳化1
‑
6小时，经降温、粉碎后得到所述预锂化硅基复合材料。
[0017]优选地，一种预锂化硅基复合材料，采用如上所述预锂化硅基复合材料的制备方法制备得到。
[0018]优选地，一种如上所述预锂化硅基复合材料的应用，作为制备电池负极极片的活性物质原料。
[0019]优选地，所述电池包括锂离子电池。
[0020]本专利技术以Li2CO3包覆锂棒作为基体，采用电化学沉积法得到硅基复合体材料，具有硅沉积致密度高、过程可控稳定的优点，特别通过锂棒对硅基材料进行补锂，可以实现从内核对其硅基材料补锂制备得到预锂化硅基复合材料，比传统的采用粉体混合预锂的方法具有时间快、补锂一致性高、首次效率高等技术优势；同时本专利技术采用包括硅基前驱体材料和聚合物单体的混合溶剂通过电化学聚合在硅基材料表面或内部沉积得到有机聚合物(即为硅基复合体材料)，然后经高温碳化烧结得到无定形碳结构，可以进一步降低预锂化硅基复合材料的电子阻抗并提升倍率；此外，本专利技术采用电化学沉积法，与传统的化学聚合法相比，避免了因氧化剂带来的杂质，且反应效率高。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例1制备得到预锂化硅基复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0022]本实施例公开了一种预锂化硅基复合材料，其制备方法采用Li2CO3包覆锂棒为工作电极，混合溶剂为溶剂，通过电化学沉积法在工作电极表面沉积硅基复合体材料；将硅基复合体材料进行高温碳化烧结得到预锂化硅基复合材料；其中，混合溶剂包括分别分散均匀在离子液体中的硅基前驱体材料和聚合物单体；优选地，在本实施方式中，硅基前驱体、离子液体和聚合物单体的质量比为100：100
‑
1000：1
‑
30，更优选为100：100
‑
650：1
‑
20，进一步优选为100：100
‑
500：1
‑
10。
[0023]优选地，在本实施方式中，硅基前驱体材料包括纳米硅、SiOx(0＜x＜2)，硅铝合金、硅铜合金、硅镍合金中的一种或任意几种的混合；和/或聚合物单体包括苯胺、噻吩、吡咯中的一种或任意几种的混合；和/或离子液体包括盐酸胍、四甲基胍盐酸盐、四甲基乳酸盐、四甲基胍硫酸氢盐中的一种或任意几种的混合。需要说明是，本申请在实施时所采用的纳米硅、SiOx(0＜x＜2)、聚合物单体以及离子液体可以直接从市面上直接购买得到，硅铝合金、硅铜合金、硅镍合金可以通过公知方法自制，本实施例对其不做特别展开说明。
[0024]优选地，在本实施方式中，Li2CO3包覆锂棒的制备方法包括如下操作步骤：
[0025]在惰性气氛下，将金属锂片添加到乙二醇二甲醚溶剂中使其表面氧化生成氧化锂，在抽真空环境(压力优选为
‑
0.9Mpa至
‑
0.1Mpa)下，向溶液中通入二氧化碳气体，升温至30
‑
80℃，使得二氧化碳和氧化锂反应，得到Li2CO3包覆锂棒；具体优选地，在本步骤中，二氧化碳的流量为100
‑
500ml/min,通入时间不低于50min，更优选为60
‑
480min。
[0026]优选地，在本实施方式中，在电化学沉积法中，其操作步骤包括：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂化硅基复合材料的制备方法，其特征在于，采用Li2CO3包覆锂棒为工作电极，混合溶剂为溶剂，通过电化学沉积法在所述工作电极表面沉积硅基复合体材料；将所述硅基复合体材料进行高温碳化烧结得到所述预锂化硅基复合材料；其中，所述混合溶剂包括分别分散均匀在离子液体中的硅基前驱体材料和聚合物单体。2.根据权利要求1所述预锂化硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅基前驱体材料包括纳米硅、SiOx(0＜x＜2)，硅铝合金、硅铜合金、硅镍合金中的一种或任意几种的混合；和/或所述聚合物单体包括苯胺、噻吩、吡咯中的一种或任意几种的混合；和/或所述离子液体包括盐酸胍、四甲基胍盐酸盐、四甲基乳酸盐、四甲基胍硫酸氢盐中的一种或任意几种的混合。3.根据权利要求1所述预锂化硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅基前驱体、离子液体和聚合物单体的质量比为100：100
‑
1000：1
‑
30。4.根据权利要求1所述预锂化硅基复合材料的制备方法，其特征在于，所述Li2CO3包覆锂棒的制备方法包括如下操作步骤：在惰性气氛下，将金属锂片添加到乙二醇二甲醚溶剂中使其表面氧化生成氧化锂，在抽真空环境下，向所述溶液中通入二氧化碳气体，升温使得二氧化碳和氧化锂反应，得到所述Li2CO3包覆锂棒。5.根据权利要求4所述预锂化硅基复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟涛，邢显博，杨明，陈英楠，刘登华，
申请(专利权)人：东营胜华盈创新材料有限公司胜华新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：