[发明专利]一种铝酸锂固态电解质包覆硅基负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铝酸锂固态电解质包覆硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)配置甲酸铵缓冲溶液，将硅负极材料均匀分散于缓冲溶液中，加入氧化物前驱体后搅拌，待氧化物均匀包覆在硅基体表面后，离心、烘干得包覆氧化物的硅复合材料；(2)将步骤(1)所得包覆氧化物的硅复合材料与一水氢氧化锂混合后研磨均匀，得到混合粉体，将混合粉体在惰性气体保护下高温反应，反应结束后冷却至室温即得。本发明提供的铝酸锂固态电解质包覆硅基负极材料，固态电解质均匀包覆在硅表面，一方面可以在一定程度上缓解硅在嵌锂过程中发生的体积膨胀，保持循环稳定性，同时可以减少固态电解质(SEI)薄膜的性能，提高锂离子电池库伦效率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种在硅负极表面包覆固态电解质材料的方法。

背景技术

近年来，随着电动汽车、移动电子设备市场的发展，发展具有高功率密度、能量密度以及长循环稳定性的锂离子电池迫在眉睫。硅基材料由于其具有高理论容量 (3579mAh/g)，合适的平台电压(0.2V vs.Li/Li+)以及丰富的资源这一系列的优势，使得其成为最有希望取代石墨的下一代锂离子电池负极材料。然而，硅基材料的面临着一些十分棘手的问题，例如在充放电过程带来的巨大体积膨从而引起固态电解质(SEI)膜持续破裂重组，以及较差的导电性而带来的功率密度的问题，这些原因导致硅基负极材料的高倍率性能差、循环稳定性不理想以及库伦效率低等一系列问题。为了克服硅基负极材料SEI膜不稳定的问题，许多研究人员正研究通过包覆的方法对硅负极表面SEI膜进行改性，目前主要通过使用碳材料，氧化物，固态电解质等对硅基材料进行改性，通过材料的包覆，首先可以避免硅负极与电解液的直接接触，减少了不可控SEI膜的形成；此外，包覆材料可以起到缓解体积膨胀，防止硅基负极结构破坏的作用；最后，包覆层能够提高硅基材料的离子导电性或电子导电性，从而改善硅基负极的倍率性能。

目前报道的硅基负极材料一般采用碳材料、氧化铝、氧化硅等材料进行包覆以缓解控制硅在充放电过程中的体积膨胀以及减少SEI膜的形成。然而碳材料的包覆对硅基负极材料的首次库伦效率提升并没有多大帮助，碳材料的大量缺陷甚至会引起其首次库伦效率的降低。现有技术(CN105958023A)提供了一种氧化铝包覆硅负极的制备方法，制备的复合硅基负极具有较好的电化学性能，然而此技术具有以下缺陷：氧化铝的离子导电率差，且充放电过程中形成的锂化产物不可控。此外，其采用的方法厚度和包覆均匀性难以控制。

综上所述，开发一种操作简单、快速高效的固态电解质包覆的硅负极材料十分必要。

发明内容

为解决上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固态电解质包覆锂离子电池硅负极的制备方法，其制备得到的固态电解质包覆锂离子电池硅负极其容量高，循环性好。

本发明所述的制备方法，其生产效率高，适合大规模工业化生产。

为实现上述技术目的，本发明利用氧化物的前驱物在缓冲溶液中缓慢水解包覆，得到氧化物包覆的硅负极材料。将上述复合材料用一水氢氧化锂进行锂化，最终制得固态电解质包覆硅复合材料，其制备工艺过程如图1所示。

一种铝酸锂固态电解质包覆硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置甲酸铵缓冲溶液，将硅负极材料均匀分散于缓冲溶液中，加入氧化物前驱体后搅拌，待氧化物均匀包覆在硅基体表面后，离心、烘干得包覆氧化物的硅复合材料；

(2)将步骤(1)所得包覆氧化物的硅复合材料与一水氢氧化锂混合后研磨均匀，得到混合粉体，将混合粉体在惰性气体保护下高温反应，反应结束后冷却至室温即得。

优选地，所述的铝酸锂固态电解质包覆硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：