一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和用途。所述制备方法包括：将锂源、溶剂和硅氧材料混合析锂，预锂化，碳包覆，得到所述预锂化硅氧负极材料；其中，所述锂源的化学式为Li

【技术实现步骤摘要】
一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于负极材料
，涉及一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]锂离子电池在新能源领域具有广泛的应用，石墨作为锂离子电池中应用最广泛的负极材料具有稳定的电压平台与长循环稳定特性，但是材料的理论容量仅为372mAh/g，无法满足人类对高能量密度储能期间的需求。硅基负极材料以其超高的比容量成为未来最具发展潜力的一种负极材料，但是纯硅材料的体积膨胀较大，而硅氧材料因其特殊的结构特性，能够在一定程度上面缓解材料的体积膨胀问题。硅氧材料的主要结构为硅纳米晶粒弥散在二氧化硅，在首次充放电过程中，二氧化硅会消耗锂盐，从而导致材料的首效降低，因此如何提升硅氧材料的首效至关重要。预掺杂锂的技术可以在前期处理的过程中，以预先补锂的方式，实现锂与二氧化硅材料的预先反应，形成硅酸锂盐，从而减弱电池循环过程中，在初次放电过程中的不可逆锂盐消耗。但是锂金属的化学性质活泼，锂及其锂的化合物通常需要减小尺寸以改善反应的均匀性，而将锂及锂的化合物纳米化的加工和使用过程通常较为困难且危险。因此，开发一种使锂源以微小尺寸均匀分散在硅氧表面的方法，对制备高首效硅氧负极材料具有极大的意义。
[0003]US7776473B公开了通过高能量球研磨方法研磨SiO
x
粉末和活性锂粉末来进行SiO
x
的预锂化。该预锂化成功地将不可逆容量损失从35％降至15％。然而该文献中的方法获得的结果不足以满足商业阳极材料所需的特性。仍然需要降低第一次循环的不可逆容量损失和改善的循环性能。
[0004]CN111900368A公开了一种氧化亚硅负极材料，其先将氧化亚硅与锂源混合，在300～700℃下保温后，得到预锂化的氧化亚硅；再将预锂化的氧化亚硅放入回转窑中，采用气相沉积进行碳包覆，得到预锂化的氧化亚硅/碳复合材料；最后与金属氧化物混匀，使金属氧化物均匀包覆在氧化亚硅/碳复合材料的表面。该文献中仅仅通过锂源的种类和用量调控Li2Si2O5的占比，但是不溶于水的Li2Si2O5，和溶于水的Li2SiO3和之间是完全混合的关系，在硅氧材料中，Li2SiO3和仍然是暴露在硅氧材料的表面，会导致在匀浆的过程中浆料的pH较高。虽然在碳层的最外层包覆了一层金属氧化物层，但是会显著降低碳层的导电性，失去了碳包覆原本的意义。
[0005]因此，如何提升硅氧负极材料的首效，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和用途。本专利技术通过选用含非金属的锂源与含同种非金属溶剂进行混合，实现了锂源地均匀溶解，且同时可以实现溶质在溶液中稳定存在，减少副反应的目的，锂源均匀分散于硅氧材料表面，提升了硅氧负极材料的首效。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种预锂化硅氧负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0009]将锂源、溶剂和硅氧材料混合析锂，预锂化，碳包覆，得到所述预锂化硅氧负极材料；
[0010]其中，所述锂源的化学式为Li
x
MH
y
，所述溶剂的化学式为MH
x+y
，M包括C、N、S或F中的任意一种或至少两种的组合，x＞0，y≥0，例如所述x可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，所述y可以为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
[0011]本专利技术中，锂源中的M与溶剂中的M要保持一致。
[0012]本专利技术中，Li
x
MH
y
和MH
x+y
中的x和y同时保持一致。
[0013]本专利技术中，预锂化和碳包覆的过程均在保护性气氛下进行。
[0014]本专利技术通过选用含非金属的锂源与含同种非金属溶剂进行混合，实现了锂源地均匀溶解，且同时可以实现溶质在溶液中稳定存在，减少副反应的目的，锂源均匀分散于硅氧材料表面，提升了硅氧负极材料的首效。
[0015]本专利技术中，采用锂源与溶液通过相似相容，可以将锂源很好地溶解，实现溶质在溶液中稳定存在，减少副反应的目的，且锂源可以均匀分散于硅氧材料表面，通过混合析锂，可以使锂盐在硅氧颗粒表面均匀析出并镶嵌包覆在其表面。
[0016]本专利技术中，锂源与普通的锂金属相比，存在如下区别，锂源中的锂元素为非单质锂，具有良好的分散性，可通过相似相溶原理，分散在特定溶剂中，更有利于实现锂源的分散，避免锂源聚集造成的反应热集中和反应不均匀，且非单质锂与生成物中的锂元素状态一致，反应温和，避免了因氧化还原造成的副反应及其产生的反应热，以及因反应热产生的其他次生反应，更有利于实现锂源的温和反应和硅氧材料晶体结构的控制。
[0017]优选地，所述M为C时，所述锂源包括LiCH3、Li2CH2、Li3CH或Li4C中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括CH4。
[0018]优选地，所述M为N时，所述锂源包括LiNH2、Li2NH或Li3N中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括NH3。
[0019]优选地，所述M为S时，所述锂源包括LiHS、Li2S或Li2S2中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括H2S和/或H2S2。
[0020]优选地，所述M为F时，所述锂源包括LiF，溶剂包括HF。
[0021]优选地，所述M为N。
[0022]本专利技术中，锂源中的M为N时，可以更好地实现锂源及其相似相容溶剂的安全性、经济性、可操作性，为工业化放大提供可能。且反应后无杂质残留，溶剂方便回收或处理。
[0023]优选地，所述锂源与溶剂的摩尔比为1:(1～10000)，例如1:1、1:100、1:500、1:1000、1:3000、1:5000、1:8000或1:10000等。
[0024]优选地，所述锂源中的锂与硅氧材料中的硅的摩尔比为10:(1～200)，10:1、10:10、10:30、10:50、10:80、10:100、10:130、10:150、10:180或10:200等，优选为10:(10～100)。
[0025]优选地，所述硅氧材料的中值粒径为0.5～50μm，例如0.5μm、1μm、5μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm或50μm等。
[0026]优选地，所述混合析锂的时间为0.5～10h，例如0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、
9h或10h等。
[0027]优选地，所述混合析锂的方法包括升温析锂和/或降压析锂，优选为降压析锂。
[0028]本专利技术中，选用降压析锂的方法，可以高效安全便捷地将溶剂溶质分离。且降压析锂可避免分离过程中，溶质团聚或发生副反应。
[0029]优选地，所述升温析锂中，升温后的温度为
‑
85～200℃，例如
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂化硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将锂源、溶剂和硅氧材料混合析锂，预锂化，碳包覆，得到所述预锂化硅氧负极材料；其中，所述锂源的化学式为Li
x
MH
y
，所述溶剂的化学式为MH
x+y
，M包括C、N、S或F中的任意一种或至少两种的组合，x＞0，y≥0。2.根据权利要求1所述的预锂化硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，所述M为C时，所述锂源包括LiCH3、Li2CH2、Li3CH或Li4C中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括CH4；优选地，所述M为N时，所述锂源包括LiNH2、Li2NH或Li3N中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括NH3；优选地，所述M为S时，所述锂源包括LiHS、Li2S或Li2S2中的任意一种或至少两种的组合，溶剂包括H2S和/或H2S2；优选地，所述M为F时，所述锂源包括LiF，溶剂包括HF。3.根据权利要求1或2所述的预锂化硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧材料的中值粒径为0.5～50μm。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的预锂化硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，所述锂源与溶剂的摩尔比为1:(1～10000)；优选地，所述锂源中的锂与硅氧材料中的硅的摩尔比为10:(1～200)，优选为10:(10～100)。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的预锂化硅氧负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合析锂的时间为0.5～10h；优选地，所述混合析锂的方法包括升温析锂和/或降压析锂，优选为降压析锂；优选地，所述升温析锂中，升温后的温度为
‑
85～200℃；优选地，所述降压析锂中，降压后的压力为0.0001～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨，胡英杰，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：