[发明专利]一种提高硅基锂离子电池负极材料首次库伦效率的方法

说明书

本发明方法公开了一种提高锂离子电池用硅负极材料的首次库伦效率的方法，包括：(1)测定硅负极材料表面羟基含量；(2)通过有机化学改性将硅烷偶联剂接枝在所述硅负极材料表面；硅烷偶联剂的通式为R₁‑Si‑(OR₂)₃，R₁选自惰性基团，R₂选自甲基或乙基；硅烷偶联剂的添加量M₁采用下式(1)计算，M₁为硅烷偶联剂的质量，g；m₁为硅烷偶联剂的相对分子质量，g/mol；M₂为硅负极材料的质量，g；X为硅负极材料表面羟基含量，mmol/g。本方法制备得到的硅基锂离子电池负极材料，首次库伦效率高达90％以上，有望在锂离子电池领域获得更广泛的应用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的技术领域，尤其涉及一种提高硅基锂离子电池负极材料首次库伦效率的方法。

背景技术

现代社会对于清洁能源的要求越来越高，锂离子电池作为新一代的清洁能源在储能、电动汽车、便捷设备等领域的有着举足轻重的地位。但是，如今电动汽车的发展对于锂离子电池的安全性能和能量密度等方面的要求越来越高，就负极领域，目前商用的石墨负极由于其较低的理论比容量(340mAh/g)已经无法满足人们日益增长的需求，在此基础上，硅负极拥用极高的理论比容量(4200mAh/g)而成为了新一代高容量锂离子电池负极材料。

然而，硅在作为锂离子电池负极材料也遇到了挑战：一、硅在嵌锂后会发生300％的体积膨胀，造成硅材料粉化、极片结构破坏，最终导致活性材料失去电接触；二、硅材料导电性不好，倍率性能差；三、硅负极材料很难提高首次库伦效率。其中，首次库伦效率在全电池中是一个很重要的参数，由于正极提供的锂有限，第一个循环消耗大量的锂会导致全电池的能量密度降低，因此提高硅负极的首次库伦效率意义重大。

申请公布号为CN 109411717 A的中国专利文献中公开了一种具有高可逆容量的经预锂化的负极材料及其制备方法，该硅负极材料的制备方法，包括：第1步，通过将硅粉体与碳酸锂粉体、石墨类碳材料、助磨剂等进行搅拌混合；第2步，将第1步得到的混合粉料进行球磨后得到的负极材料对比相应的硅粉体，其首次库伦效率要高出5％～10％。

上述技术方案通过将硅负极材料与碳酸锂粉末、石墨类碳材料还有助磨剂一起混合球磨，是硅负极材料均匀吸附在碳材料表面，并通过碳酸锂进行预锂化，最终得到了高首次库伦效率的硅基锂离子电池负极材料。但是，第一、由于在该方案合成的硅基负极材料中引入很多惰性材料如碳酸锂、助磨剂，低能量密度材料如石墨类碳材料，而硅材料的含量有限，因此该材料发挥出的容量较低，只有1000mAh/g左右；第二、该方案所述的硅基锂离子电池负极材料是通过合成复合材料的形式来提高整体的库伦效率，硅材料本身首次库伦效率的提高不显著；第三、材料中引入了碳酸锂，其会与电池循环过程中产生的HF反应生成二氧化碳造成产气，影响电池的安全性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种提高硅基锂离子电池负极材料首次库伦效率的方法，制备得到的硅基锂离子电池负极材料，首次库伦效率高达90％以上，有望在锂离子电池领域获得更广泛的应用。

具体技术方案如下：

一种提高硅基锂离子电池负极材料首次库伦效率的方法，包括：

(1)测定硅负极材料表面羟基含量；

(2)通过有机化学改性将硅烷偶联剂接枝在所述硅负极材料表面；

所述硅烷偶联剂的通式为R₁-Si-(OR₂)₃，式中，R₁选自不参与电池循环过程中电解液降解的惰性基团，R₂选自甲基或乙基；

所述硅烷偶联剂的添加量M₁为：