一种锂硅合金材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种锂硅合金材料的制备方法及其应用，属于固态电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种锂硅合金材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及固态电池
，具体涉及一种锂硅合金材料的制备方法及其应用，尤其是一种常温下双层包覆锂硅合金负极干法制备技术和硫化物全固态锂电池
。

技术介绍

[0002]为解决现有电动汽车的里程焦虑与安全性问题，具有高能量密度与安全性的全固态锂离子电池是商业化应用的绝佳方向
。
硫化物固态电解质具有与液态电解质相当的离子电导率，被寄予实现全固态电池商业化应用的厚望，赋予了电动汽车超长续航与超安全性的能力
。
硅是一种具有高容量负极材料，但具有较低的首效和较大的体积膨胀效应，极大限制了在硫化物全固态锂电池应用范围
。
锂硅合金具有较高容量
(
＞
1500mAh g
‑1)
，高于石墨负极的五倍，且在一定程度上避免了充放电过程中的体积膨胀效应，同时，锂硅合金含有的锂离子极大的提高了电池的首效以及循环稳定性，是一种具有良好应用前景的负极材料
。
[0003]然而，高活性锂硅合金具有较大的安全隐患和电子导电率，因此需要对锂硅合金表面进行包覆处理
。
本专利技术旨在锂硅合金表面预包覆一层沥青，再包覆一层
LiF
，组装成硫化物全固态电池
。
这种双层包覆法在保证不降低锂硅合金容量的前提下，既提高了锂硅合金负极的电子电导率，又有效抑制了负极的锂枝晶的产生，易于与硫化物固态电解质形成友好的负极界面，实现硫化物全固态电池的商业化应用
。
[0004]CN113130868A
公开了一种含氧化亚硅的复合材料的制备方法，该复合材料由里及外顺序为氧化亚硅
、
锂硅复合材料
、
氟化物及碳
。
具体方法为：
(1)
将氧化亚硅进行歧化；
(2)
在非氧化气氛下，将歧化后的氧化亚硅
、
金属锂和碳源混合后进行球磨；
(3)
氟化处理；
(4)
碳包覆
。
该方法提供的复合材料其内核仍为氧化亚硅，对氧化亚硅进行预锂化以提高首效，再依次通过氟化处理与碳包覆提高复合材料的稳定性
。
该专利适用于液态电池，专利中歧化反应温度＞
700℃
，与锂源
、
碳源球磨后所得为锂硅合金
/
锂硅酸盐复合层，氟化处理为液相反应，碳包覆为气相
/
液相包覆，与本专利技术相比，原料
、
包覆材料属性与方法
、
负极材料的结构
、
制备条件
、
应用范围均不同，具有本质区别
。
[0005]CN108565414
公开了一种具有表面修饰层的锂硅合金材料及其制备方法，该表面修饰层为成膜性搅好的疏水高分子材料，其中包括本专利中的聚偏氟乙烯
(PVDF)
，其方法为将锂硅颗粒
、
疏水高分子材料
(
如
PVDF)
溶于有机溶剂，再通过固液分离或蒸发，获得表面修饰层的锂硅合金，且该合金为碳修饰
。
与本专利技术相比，该方法应用于液态电池，且该方法为湿法包覆，而
PVDF
参与包覆的最终目的是实现碳包覆，而非氟包覆，与本专利技术具有本质区别
。
[0006]与上述专利不同，本专利技术在常温下通过高能球磨技术，将锂硅合金依次进行碳包覆与氟包覆，其包覆原料具备良好的粘附性，因此，既提高了电子导电率与界面稳定性，也易于形成可支撑干法负极极片，无需额外添加导电剂与粘结剂，可有效提高组装电池的能量密度
。
这种常温下反应，既可有效保障安全生产，又可降低企业成本，为商业化生产提供了良好的方法
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种锂硅合金材料的制备方法及其应用，具体是一种高电子导电率
、
良好界面稳定性的双层包覆的锂硅合金负极常温干法制备技术
。
在技术路线方面，所述负极包覆原料以常用粘结剂为主，既发挥了干法成膜的优越性，又提高了锂硅合金负极活性物质的含量，可提升组装硫化物固态锂电池的能量密度；在材料功能方面，既提高了电子导电性，又优化了锂硅负极与硫化物固态电解质的界面稳定性；在产业化应用方面，这种常温反应与干法制备技术，既提高了生产的安全性，又可降低企业成本，具有重要的研发前景
。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术涉及一种锂硅合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、
保护气氛中，在锂硅合金颗粒表面包覆一层沥青，得包覆沥青的锂硅合金；
[0011]S2、
将包覆沥青的锂硅合金与含氟粘结剂混合，得到包覆层为沥青
‑
粘结剂的双层包覆锂硅合金负极材料
。
[0012]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
S1
中，保护气为氩气，保护气的水含量小于
1ppm
，氧含量小于
1ppm。
本专利技术的负极材料制备是在常温下制备
。
[0013]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
S1
中，所述锂硅合金颗粒的粒径为
500nm
～
10
μ
m
；锂硅合金包括
LiSi、Li
12
Si7、Li
13
Si4、Li
15
Si4、Li
21
Si4、Li
22
Si5中的一种或多种
。
[0014]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
S1
中，包覆一层沥青是将锂硅合金颗粒与沥青混合，通过机械球磨法实现，球磨的转速为
200
～
550rpm
，球磨的时间为1～
4h。
沥青具有类似粘接剂的效果，可包覆在锂硅合金颗粒表面，不会脱落
。
[0015]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
S1
中，沥青为普通的石油沥青粉末，不是室温条件下呈现出液态的沥青，粒径为5～
20
μ
m。
所述沥青中的碳即实现对锂硅合金的碳包覆，即先对锂硅合金颗粒进行碳包覆，再进行氟包覆
。
[0016]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
S1、S2
中，锂硅合金
、
沥青
、
含氟粘结剂的重量比为
(85
～
95)
：
(4
～
8)
：
(0.5
～
2)。
[0017]作为本专利技术的一个实施方案，步骤
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于硫化物全固态锂电池的锂硅合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、
保护气氛中，在锂硅合金颗粒表面包覆一层沥青，得包覆沥青的锂硅合金；
S2、
将包覆沥青的锂硅合金与含氟粘结剂混合，得到包覆层为沥青
‑
粘结剂的双层包覆锂硅合金负极材料；步骤
S1
中，包覆一层沥青是将锂硅合金颗粒与沥青混合后球磨；球磨的转速为
200
～
550rpm
，球磨的时间为1～
4h
；沥青为石油沥青粉末，粒径为5～
20
μ
m
；步骤
S1、S2
中，锂硅合金
、
沥青
、
含氟粘结剂的重量比为
85
～
95
：4～8：
0.5
～
2。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述锂硅合金颗粒的粒径为
500nm
～
10
μ
m
；锂硅合金包括
LiSi、Li
12
Si7、Li
13
Si4、Li
15
Si4、Li
21
Si4、Li
22
Si5中的一种或多种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述含氟粘结剂包括聚氟化锂
、
聚四氟乙烯
、
偏四氟乙烯
、
氟化碳的一种
。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希，贾理男，郭邦军，
申请(专利权)人：上海屹锂新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：