【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种预锂化硅负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、在现有的二次电池体系中，无论从发展空间，还是从寿命、比能量、工作电压和自放电率等技术指标来看，锂离子电池都是当前最有竞争力的二次电池。锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、绿色环保等优点，成为二次电池发展的趋势；已广泛应用于无线通讯、数码相机、笔记本电脑等便携电器的电源，并在用作航空航天、国防军工、电动汽车、电动摩托车、野外作业、潜艇等特殊应用领域电源方面具有广阔的应用前景。
2、锂离子电池在首次充电过程中，锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极中，放电过程锂离子处于一个相反的过程。在首次的充电和放电过程中，通常锂离子电池正极材料会有5％～15％的容量衰减，主要是由于负极材料表面sei膜的形成，造成了一部分离子的消耗。虽然sei膜的形成有利于锂离子电池的循环稳定性，但与此同时也降低了锂离子电池的容量和首次效率。
3、可以通过对锂离子电池负极材料的研究改进，来解决锂离子电池首次充放电容量不足的问题。
4、锂离子电池负极材料主要有合金类、碳基、钛酸锂及过渡金属化合物类材料，其中碳基石墨负极材料最为常用，但是该材料的理论比容量仅为372mah/g，并且不可逆容量损失较大，致使锂离子电池难以满足对使用性能的要求，发展空间难以有所突破。而硅的理论比容量高达4200mah/g且资源丰富。因此其有望取代石墨成为电池最有希望的负极材料之一，已成为目前的研究热点。然而，硅在脱锂/嵌锂过程中有300％的体积膨胀和巨大
5、因此，目前需要研究一种可以减弱体积膨胀，减少首次能量衰减和增加循环寿命的锂离子负极材料。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种预锂化硅负极材料及其制备方法，解决现有技术中电极硅负极材料的体积膨胀的问题，以及其首次充放电容量和首次库伦效率较低，循环能力较差的问题。
2、技术方案：
3、一种预锂化硅负极材料，通过硅材料高温处理吸附双锂盐络合物制成；
4、所述双锂盐络合物通过式ⅰ化合物与锂络合而成；
5、所述式ⅰ化合物的结构式为：
6、
7、进一步地，所述硅材料选自纯硅材料、硅碳材料、硅氧材料、硅微粉或氧化亚硅中的一种。
8、进一步地，所述双锂盐络合物的制备，包括以下步骤：
9、(1)在反应器中加入乙二醛水溶液，加热至40-45℃，然后滴加4-叔丁基-2,6-二甲基-苯胺，滴加结束后，持续反应3-4小时，将所得产物用乙醚溶解，干燥，浓缩结晶；
10、(2)在保护气的条件下，向反应器中加入乙二醇二甲醚，加入步骤(1)的产物，将其溶解，然后加入过量的锂条在室温下磁力搅拌8-12小时，除去溶剂，将产物用正己烷重结晶，即制得所述双锂盐络合物。
11、所述双锂盐络合物具有更稳定的空间结构，与硅电极复合可以有效缓解硅电极的体积膨胀，增强电极的稳定性；所述双锂盐络合物的氧化还原电位约为0.19v，可以补偿sei形成的首次不可逆容量，同时近似锂化电位，可以补充一部分电池循环过程中损耗的锂；所述双锂盐络合物对硅负极材料进行预锂化，预锂程度高并且均匀。
12、进一步地，所述步骤(1)中乙二醛水溶液浓度为35-45％。
13、进一步地，所述步骤(1)中乙二醛水溶液与4-叔丁基-2,6-二甲基-苯胺的质量比为1：(2-3)。
14、预锂化硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：
15、(1)在反应器中，将双锂盐络合物溶于乙二醇二甲醚，然后加入硅材料在60-70℃下搅拌1-2小时，然后将温度降至常温后，继续搅拌9-10小时，然后离心洗涤；
16、(2)将步骤(1)的产物在保护气环境中，65-70℃下预加热处理6-8小时，再进行高温处理2-3小时；
17、(3)将步骤(2)的产物先用酸进行酸洗除杂后，再洗涤至中性，干燥后得到干燥物料；
18、(4)将干燥物料置于惰性气体中，通入碳源气体进行化学气相沉积，冷却至室温后粉碎，即制得所述预锂化硅负极材料。
19、本专利技术使用高温处理的方法对硅负极材料进行预锂化。将预锂化物质在惰性气体中进行高温处理，形成稳定的lixsiyoz结构，从而实现对硅负极材料的预锂化。
20、本专利技术的双锂盐络合物在高温下释放出li+，与硅表面反应，形成均匀包覆的人造sei膜，可以缓解硅电极的体积膨胀产生的压力，从而使电极更加稳定；可以减少sei膜形成时对电池容量的损耗，提高电池的首次充放电容量和首次库伦效率；并且可以在电池后续的循环过程中，持续为电池提供锂，从而增强电池的循环能力；最后通过化学气相沉积的方法对硅表面进一步的的改性，增强其循环能力和稳定能力。
21、进一步地，所述步骤(1)中硅材料与双锂盐络合物的质量比为(4-6)；1。
22、进一步地，所述步骤(2)中高温处理的温度为750-800℃。
23、不同的高温处理温度对于硅的预锂化程度以及预锂化的均一性有着重要的影响，温度过高会导致双锂络合物聚集成团，无法均匀的覆盖硅材料并且预锂化的程度不足，温度过低会使部分的li+无法释放，导致硅材料的预锂化不足；同时温度也会影响硅表面反应的产物，只有在本专利技术限定的温度范围内制得的预锂化硅材料具有优异的首次充放电容量和首次库伦效率。
24、进一步地，所述步骤(4)中碳源气体选自甲烷或其同系物、乙炔或其同系物、苯或其同系物中的一种或几种；所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的一种或几种；所述惰性气体与碳源气体的体积比为(1-5)：1。
25、进一步地，所述步骤(4)中化学气相沉积在回转炉中进行，所述回转炉的转速为0.25-1转/分钟；所述化学气相沉积的温度为800-1200℃，时间为5-6小时。
26、有益效果：
27、(1)本专利技术使用双锂盐络合物对硅负极材料进行预锂化，所述双锂盐络合物具有更稳定的空间结构，与硅电极复合可以有效缓解硅电极的体积膨胀，增强电极的稳定性；所述双锂盐络合物的具有合适的氧化还原电位，可以补偿sei形成的首次不可逆容量，同时近似锂化电位，可以补充一部分电池循环过程中损耗的锂；所述双锂盐络合物对硅负极材料进行预锂化，预锂程度高并且均匀，可以有效减少硅体积的膨胀，增强稳定性。
28、(2)本专利技术使用高温处理的方法对硅负极材料进行预锂化，双锂盐络合物在高温下释放出li+与硅表面反应，形成均匀包覆的人造sei膜，可以缓解硅电极的体积膨胀产生的压力，从而使电极更加稳定；可以减少sei膜形成时对电池容量的损耗，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预锂化硅负极材料，其特征在于，通过硅材料高温处理吸附双锂盐络合物制成；
2.根据权利要求1所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述硅材料选自纯硅材料、硅碳材料、硅氧材料、硅微粉或氧化亚硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述双锂盐络合物的制备，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述步骤(1)中乙二醛水溶液浓度为35-45％。
5.根据权利要求3所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述步骤(1)中乙二醛水溶液与4-叔丁基-2,6-二甲基-苯胺的质量比为1：(2-3)。
6.权利要求1-5任意一项所述的预锂化硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的预锂化硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硅材料与双锂盐络合物的质量比为(4-6)；1。
8.根据权利要求5所述的预锂化硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中高温处理的温度为750-800℃。
9.根据权利要求5
10.根据权利要求5所述的预锂化硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中化学气相沉积在回转炉中进行，所述回转炉的转速为0.25-1转/分钟；所述化学气相沉积的温度为800-1200℃，时间为5-6小时。
...【技术特征摘要】
1.一种预锂化硅负极材料，其特征在于，通过硅材料高温处理吸附双锂盐络合物制成；
2.根据权利要求1所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述硅材料选自纯硅材料、硅碳材料、硅氧材料、硅微粉或氧化亚硅中的一种。
3.根据权利要求1所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述双锂盐络合物的制备，包括以下步骤：
4.根据权利要求2所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述步骤(1)中乙二醛水溶液浓度为35-45％。
5.根据权利要求3所述的预锂化硅负极材料，其特征在于，所述步骤(1)中乙二醛水溶液与4-叔丁基-2,6-二甲基-苯胺的质量比为1：(2-3)。
6.权利要求1-5任意一项所述的预锂化硅负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：林伟佳，
申请(专利权)人：深圳市金汤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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。