[发明专利]一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法

说明书

本发明公开了一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法，以氧化亚硅、惰性锂粉、1‑氟癸作为原材料，有机溶剂为溶剂实现了硅基负极的预锂化处理并同时形成了人造SEI膜，与现有技术相比，具有以下优点：(1)硅基负极的预锂化处理有效提高了首次库伦效率；(2)预锂化的同时完成了SEI膜的包覆，无需在硅氧体系上用CVD进行碳包覆，节约了成本；(3)同时包覆了有机和无机SEI膜，且膜包覆均匀致密，厚度更容易控制，操作方便，Si+SiOsubgt;2/subgt;矩阵粉体的预锂化，进一步提高硅氧体系下的收效；人造SEI膜和电池循环产生的SEI膜可以协同工作，更好的保护锂离子电池负极。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法。

背景技术

随着电子产品的快速发展，高能量、高功率密度锂离子电池的需求逐年增加，非石墨化碳材料、氧化物材料及复合材料等因高功率或高容量备受关注。硅是目前所发现的具有最高理论储锂容量的负极材料，其比容量远远高于目前商品化的石墨负极材料。硅的嵌锂电位在0-0.4V之间，首次放电时硅的电压平台非常平稳，这是由于硅首次放电发生从晶态的硅转变成非晶硅的两相转变。然而，该类材料存在不可逆容量高，首次库伦效率低的严重问题，容易导致锂离子电池容量明显下降。这是由于在随后的循环中，硅一直保持非晶态的结构，所以电压平台也与首次不同。

为了使硅材料具有高容量的同时，还具有较好的循环性能，目前，为了解决锂离子电池负极材料首次库伦效率低的问题，人们发展了化学还原法、人造SEI膜法和电化学预锂化法，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子电池负极材料低首次库伦效率问题的方法；但是若能将其与人造SEI膜法相结合起来，达到同时预锂化硅基负极和生成人造SEI膜的结果，则负极预锂化后，电极表面在电池制作完毕循环前成膜；紧密有效的SEI膜对电池的整体的性能起到了至关重要的作用；这样的人造SEI膜和电池循环产生的SEI膜可以协同工作，更好的保护锂离子电池负极。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法，可同时完成硅基负极的预锂化和SEI膜的的包覆，不仅提高了首次库伦效率，SEI膜包覆均匀致密，厚度可控。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种预锂化电池硅基负极并同时形成SEI膜的方法，包括如下步骤：

(1)以氧化亚硅、惰性锂粉、1-氟癸作为原材料，有机溶剂作为溶剂；

(2)干燥空气中，将惰性锂粉物理混合在有机溶剂中，分散均匀形成溶液A备用，其中惰性锂粉在溶液A中的浓度为5wt％；

(3)干燥空气中，将1-氟癸混合在有机溶剂中分散均匀，形成溶液B备用，1-氟癸在溶液B中的浓度为3g/L-12g/L；

(4)取部分溶液B，将氧化亚硅加入到溶液B中，加热至50-70℃搅拌均匀，使1-氟癸均匀的包覆在氧化亚硅表面，形成溶液C；其中溶液C中1-氟癸与氧化亚硅的质量比控制为1:4.5-4:3；

(5)将溶液A加入到溶液C中去，形成溶液D；其中控制惰性锂粉与氧化亚硅的摩尔比为1:1-1:100；

(6)并在真空状态下，对溶液D进行搅拌，逐渐升温至50-300℃，维持温度搅拌6-48h；期间惰性锂粉与氧化亚硅表面的1-氟癸反应形成最初态SEI膜；

(7)反应结束后，将溶液D继续升温至300℃，所有的有机溶剂蒸发，流行粉体A；将粉体A加热到600℃-1000℃并保持0.5h-5h后逐渐降至室温形成粉体B；