【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源新材料，具体而言涉及一种高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、锂离子电池作为一种清洁能源在储能、电动汽车、3c产品、可穿戴设备等领域有着广泛应用，针对其负极而言，硅基材料因理论比容量远高于目前商用石墨负极(372ma h/g)，并具有较低的脱/嵌锂电位、含量丰富容易获取、环保以及成本低等众多优势，展现出较高的工业应用前景，是公认当下最理想的新一代锂离子电池负极材料。
2、在硅基材料中，氧化亚硅由于体积膨胀相对纯硅较小、循环稳定性较好等优势，已成为当下企业研究开发重点，但由于其首次嵌锂过程中氧化亚硅与电解液作用消耗较多锂离子，发生较多不可逆副反应从而导致首次库伦效率(ice)较低的问题，严重影响电池能量密度的提升。因此，具备高首效的氧化亚硅基负极材料研发是当下氧化亚硅负极研发的首要问题，受到越来越多的业界人士和企业的关注。
3、目前，现有文献资料及产业界制备高首效氧化亚硅基负极材料的方法主要包括预镁和预锂化等技术，例如，公开号为cn110993900a的中国专利，公开了一种硅酸镁-碳包覆氧化亚硅复合负极材料及其制备方法，通过加入金属镁粉、氧化镁来生成硅酸镁提升首效，首次库伦效率可达90％，但容量偏低仅为700mah/g。
4、再如，公开号为cn112331854a的中国专利，公开了一种硅酸镁锂预锂化氧化亚硅负极材料及其制备方法和应用，通过将氧化亚硅、氧化锂和氧化镁三种粉体在高温1200℃下反应5小时等工艺生成硅酸镁锂来提高氧化亚硅的首效，首次库伦效
5、又如，文献《mg2sio4/si-coated disproportionated sio composite anodeswith high initial coulombic efficiency for lithium-ion batteries》报道，将sio、mg2si混合后进行700℃热处理后ice为81.7％，比容量为1306mah/g,进一步热处理引入导电碳材料结合碳包覆后ice才达88.7％的水准。
6、以上方法为了提升氧化亚硅负极首次库伦效率，部分工作往往加入成本较贵或储存环境要求较高的活泼金属锂或镁，这种方法需要在严格的环境下才能得以实施，在规模化生产存在较大的安全风险及工艺复杂性，很难得以推广使用，并且材料性能仍然不够理想。
7、因此，需要寻找一种工艺简单、成本低廉，适合工业化生产的高容量、高首效氧化亚硅基复合材料的新方法。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料及其制备方法，结合“高能球磨”和“化学还原转化”两种工艺，将商业氧化亚硅粉体与过共晶镁硅合金充分混合后热处理得到以氧化亚硅为基体，基体表面含有硅、硅酸镁和氧化镁多相的复合材料，工艺过程简单、成本低廉，且所得负极材料具有高首次库伦效率以及高容量。
2、本专利技术的第一个方面涉及一种高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，通过将氧化亚硅与过共晶镁硅合金混合并进行热处理，得到含有氧化亚硅、硅、硅酸镁和氧化镁的多相氧化亚硅基复合材料；其中，所述过共晶镁硅合金为含有金属mg和化合物mg2si双相组织的合金。
3、优选地，包括以下具体过程：
4、将氧化亚硅粉体与过共晶镁硅合金粉体进行混合研磨，将研磨后的混料进行压块成型处理，得到第一复合材料；
5、将第一复合材料置于真空烧结炉或惰性气氛保护的管式炉中进行热处理，热处理结束后自然降温至室温，得到第二复合材料；
6、将第二复合材料进行破碎处理，得到氧化亚硅基复合负极材料。
7、优选地，所述过共晶镁硅合金中，63.31wt.％＜元素mg的质量占比＜98.66wt.％，1.34wt.％＜元素si的质量占比为＜36.69wt.％。
8、优选地，所述氧化亚硅粉体为微米级，d50为1～10μm；所述过共晶镁硅合金粉体的d50为500nm～50μm。
9、优选地，氧化亚硅粉体与过共晶镁硅合金的质量比为(59～780):(20～41)。
10、优选地，研磨的条件如下：
11、研磨时间为2～5h，研磨转速为200～500rpm。
12、优选地，热处理的条件如下：
13、升温至500～900℃，保温1～7h。
14、本专利技术的第二个方面涉及一种采用前述方法制备得到的高首效氧化亚硅基复合负极材料。
15、优选地，该氧化亚硅基复合负极材料由以氧化亚硅为基体，基体表面含有硅、硅酸镁和氧化镁多相的复合颗粒组成。
16、本专利技术的第三个方面涉及一种锂离子电池，该锂离子电池的负极采用前述高首效氧化亚硅基复合负极材料。
17、由以上本专利技术的技术方案可见，本专利技术的显著优点在于：
18、本专利技术通过将氧化亚硅粉体与具有双相组织mg2si+mg的过共晶镁硅合金混合，并经煅烧后反应形成sio+(si+mgo+mg2sio4)的稳定多相结构，通过镁的引入实现减少首次充放电过程中材料表面形成固相电解质(sei)膜对锂离子的消耗，从而提高首次库伦效率，所得负极材料的首次库伦效率可提升到90％以上，很好的解决了氧化亚硅材料首次库伦效率较低的问题。并且由于在形成多相结构的过程中，部分氧化亚硅还原成硅，从而提高了比容量，比容量可高达1800mah/g。
19、本专利技术的制备方法中，所使用原材料容易合成且对设备要求不高，较目前使用的纯镁、金属锂等更安全且易于保存，工艺过程简单有益于工程规模化推广，极大程度简化了高首效氧化亚硅基负极材料制备工艺、符合当下绿色生产宗旨，有望在锂离子电池工业硅基负极材料等领域进行规模化生产使用。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，通过将氧化亚硅与过共晶镁硅合金混合并进行热处理，得到含有氧化亚硅、硅、硅酸镁和氧化镁的多相氧化亚硅基复合材料；其中，所述过共晶镁硅合金为含有金属Mg和化合物Mg2Si双相组织的合金。
2.根据权利要求1所述的高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体过程：
3.根据权利要求2所述的高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述过共晶镁硅合金中，63.31wt.％＜元素Mg的质量占比＜98.66wt.％，1.34wt.％＜元素Si的质量占比为＜36.69wt.％。
4.根据权利要求2所述的高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化亚硅粉体为微米级，D50为1～10μm；所述过共晶镁硅合金粉体的D50为500nm～50μm。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的高容量高首效氧化亚硅基复合负极材料的制备方法，其特征在于，氧化亚硅粉体与过共晶镁硅合金粉体的质量比为(59～80):(20～41)。
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。