一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用、含其的极片、电池


[0001]本专利技术涉及一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用
、
含其的极片
、
电池
。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，能源消耗日益加剧，环境污染也日益严重，且已严重威胁到人类未来的生存，因此迫切需要开发清洁环保的可再生能源
。
其中，锂离子电池
(LIBs)
由于具有能量密度高
、
循环寿命长
、
环境友好等优点而得到迅速发展，并广泛应用于电子产品和电动汽车领域
。
碳基石墨负极材料作为锂离子电池负极材料最为常用的，其具有来源丰富，价格便宜的优点，但是该材料比容量较低
(372mAh g
‑1)、
不可逆容量损失较大，致使锂离子电池难以满足使用性能需求，发展空间难以有所突破
。
氧化亚硅
(SiOx
，
x≈1)
因具有高比容量和适当的工作电位，已被公认为是高能量密度
LIBs
碳基负极材料最有前途的替代品之一
。
然而，
SiOx
阳极在实际
LIBs
系统中的应用通常受到阻碍，因为它具有巨大的体积变化
、
较差的电子电导率和较低的初始库仑效率
(ICE)。
原因在于，氧化亚硅在首次嵌锂过程中有不可逆的硅酸锂及氧化锂生成，导致氧化亚硅首次效率低
。
因此，为了提升氧化亚硅的首次效率，业内发展了多种材料的预补锂技术，通过在硅基材料中预先补充部分锂来减少充放电过程中的不可逆容量损失
。
但预锂化后由于表面残锂的存在导致在水系中浆料碱性偏高，且预锂化过程中由于氧化亚硅中
Si
‑
O
的“O”组分被更多转化为
Li2O、Li2SiO3、Li2Si2O5等组分，
Si
‑
O
中的剩余的“Si”容易聚集甚至长大，硅晶粒的生长一方面导致脱嵌锂过程中绝对体积变化大，不利于极片结构的稳定性，进而导致循环性能变差；另一方面
Si
微晶的产生在碱性水溶液体系下容易反应生成
H2，耐水性差不利于浆料稳定
、
且影响涂布均匀等加工性能，进而也导致最终电池性能不理想的问题
。
[0003]如何降低预锂产品的碱性，并有效的解决其在水系浆料产气问题，是现在研究的重点
。
目前研究的包覆层大多数都是碳层，如中国专利文献
CN202210085959.4
中所记载的，碳层可以抑制产气现象，但是还是会在后续的存储或混料过程中产生气体
。
可见，碳包覆确实有效解决了应用中水系浆料产气问题，大幅提升了耐水性，但在后续存储或混料过程中会产生气体的缺陷还有待解决
。
[0004]因此，亟需研发一种成本较低
、
制备条件简单便捷且能抑制产气的复合材料并应用在电池领域
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用碳包覆无法持续解决产气问题从而影响加工性能的缺陷，而提供了一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法和应用
、
含其的极片
、
电池
。
[0006]本申请的预锂化硅氧复合材料中石蜡包覆层可隔绝空气或水，可以极大的解决浆料产气问题；且包覆层也可以隔绝电解液和负极材料之间的接触，减少副反应的发生
。
本发
明中的石蜡包覆层的表面能较低，可采用物理包覆的方法牢牢的吸附在预锂化硅氧材料表面，包覆过程简单易操作
。
石蜡的价格较低，可降低生产成本
。
[0007]为实现以上目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种预锂化硅氧复合材料的制备方法，其包括下述步骤：将所述预锂化硅氧材料和石蜡混合，即可；
[0009]其中，所述石蜡的质量百分比为
0.5
％
‑
10
％；所述质量百分比表示所述石蜡的质量占所述预锂化硅氧材料的质量的百分比
。
[0010]本专利技术中，所述预锂化硅氧材料可通过本领域常规的方法获得，例如
(1)
吸锂；
(2)
热处理，较佳地通过下述步骤获得：
(1)
碳包覆；
(2)
吸锂；
(3)
热处理，更佳地通过下述步骤获得：
(1)
碳包覆；
(2)
刻蚀；
(3)
吸锂；
(4)
热处理
。
[0011]其中，所述碳包覆的方法较佳地包括下述步骤：将氧化亚硅和碳源热处理，即可获得碳包覆的硅氧材料
。
[0012]所述碳源可为本领域常规的种类，较佳地为乙炔
。
[0013]所述碳包覆中，所述热处理的设备可为本领域常规，例如管式炉
。
所述热处理的温度可为
700
‑
900℃
，例如
800℃。
所述热处理较佳地在惰性气氛下进行，例如在氩气气氛下进行
。
所述热处理的时间可为
0.5
‑
2h
，例如
1h。
[0014]所述碳源与所述惰性气氛的体积比较佳地为
(8
‑
10)
：1，例如
9:1。
[0015]其中，所述刻蚀的方法较佳地包括下述步骤：将所述碳包覆的硅氧材料与氟化氢溶液混合，经刻蚀反应，即可获得具有内核
A
‑
空隙
‑
外壳
A
的中空结构的碳包覆硅氧材料
。
[0016]所述氟化氢溶液的浓度较佳地为
0.1
‑
0.3M
，例如
0.2M。
[0017]将所述碳包覆的硅氧材料与氟化氢溶液混合时较佳地还包括本领域常规的搅拌步骤
。
所述搅拌的时间较佳地为1‑
3h
，例如
2h。
将所述碳包覆后的硅氧材料与氟化氢溶液混合后较佳地还包括本领域常规的过滤和洗涤的步骤
。
所述洗涤的操作可为本领域常规，例如用去离子水洗涤
。
所述洗涤的次数较佳地为3‑5次，例如4次
。
[0018]其中，经所述刻蚀后所述碳包覆的硅氧材料的表面具有孔结构
。
[0019]其中，所述吸锂的方法较佳地包括下述步骤：将所述碳包覆的硅氧材料或所述具有内核
A
‑
空隙
‑
外壳
A
的中空结构的碳包覆硅氧材料与锂源混合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将预锂化硅氧材料和石蜡混合，即可；其中，所述石蜡的质量百分比为
0.5
％
‑
10
％；所述质量百分比表示所述石蜡的质量占所述预锂化硅氧材料的质量的百分比
。2.
如权利要求1所述的预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，所述石蜡为液体石蜡和
/
或固体石蜡；其中，当所述石蜡为固体石蜡时，所述石蜡的牌号较佳地为
50
号
‑
65
号，例如
52、54、56、58
或
60
号；和
/
或，所述石蜡的质量百分比为
0.5
％
‑3％，例如1％
、1.5
％或2％；所述质量百分比表示所述石蜡的质量占所述预锂化硅氧材料的质量的百分比
。3.
如权利要求1所述的预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，将所述预锂化硅氧材料和石蜡混合时还进行搅拌的步骤；所述搅拌的速率较佳地为
500
‑
2000r/min
，更佳地为
500
‑
1500r/min
，例如
1000r/min
；所述搅拌的时间较佳地为
0.5
‑
2h
，例如
1h
或
1.5h
；和
/
或，将所述预锂化硅氧材料和石蜡混合通过如下方式中的任一种实现：方式一：干法混合；方式二：湿法混合；其中，当所述混合为所述干法混合时，所述混合的温度较佳地为
50
‑
120℃
，例如
100℃
；其中，当所述混合为所述湿法混合时，所述石蜡以石蜡溶液的方式添加；所述石蜡溶液通过将所述石蜡和溶剂混合获得；所述溶剂较佳地为非极性溶剂，例如乙醇
、
汽油
、
二硫化碳
、
二甲苯
、
乙醚
、
苯
、
氯仿
、
四氯化碳
、
石脑油
、
甲苯
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋健，李波，张健，马飞，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：