[发明专利]一种硅基负极材料及其制备方法以及一种锂离子电池

说明书

本发明提供了一种硅基负极材料，包括硅基基体以及依次包覆于所述硅基基体表面的硅酸亚铁薄膜和外层包覆层，所述外层包覆层为由碳源和锂源物质中的一种或多种制备而成的单层或多层结构。本发明采用含铁化合物先对硅基进行包覆，然后进行二次或多次包覆。硅基材料尤其是氧化亚硅，其作为负极材料虽然具有较高的容量，但是首效较低，循环较差，通过使用含铁化合物对硅基基体进行包覆，在基体表面先形成一层致密的硅酸亚铁薄膜，这种薄膜能够很好的提高硅基基体的首效，而且硅酸亚铁薄膜相对于其他硅酸盐薄膜具有更高的容量与更好的循环性能，然后再通过包覆碳层或锂化层，提高材料的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅基负极材料及其制备方法以及一种锂离子电池。

背景技术

如今由于环境污染和能源问题，我们需要开发出新的能源来代替化石能源，而锂离子电池由于其体积能量密度高，无记忆效应等优势已经广泛应用于手机，笔记本电脑，新能源汽车中。负极材料为锂离子电池的关键部分，现在商业的负极材料仍以石墨负极为主，但是石墨负极由于其较低的比容量已经无法适应于高能量密度锂离子电池的需求。合金型负极材料因其较高的比容量而备受关注，如硅的理论容量高达4200mAh g^-1，并且具有较低的工作电位。但是硅基负极在充放电过程中体积变化大，首效低，循环差的缺点，因而限制了硅的商业应用。作为硅基材料的另一种改性材料氧化亚硅很好的改善了硅材料循环差的缺点，但是随之而来的便是首效问题。

针对首效问题，较为直接的解决方法为材料预锂化和碳包覆。洛阳联创锂能科技有限公司(申请公布号：CN 110311121A)直接使用锂粉与硅粉混合煅烧，然后使用CVD技术进行碳包覆，解决了硅负极的低首效和低电导率的问题，但是该方法工艺条件的要求较高，因此无法广泛应用。合肥国轩高科动力能源有限公司将氧化亚硅粉末浸入到含有锂的有机溶剂中(申请公布号： CN 110212183A)，烧结之后进行包碳，该方法预锂化效果较佳，但是要直接使用含有锂的有机溶剂，生产危险系数较大，而且溶剂处理不易，会造成环境的污染。

氧化亚硅较低的首效主要是由于其与锂反应会生成如Li₂O等不可逆的锂盐，因此若要提高首效，从根本上来解决就是遏制不可逆锂盐的生成。而金属盐能够与这些硅氧化物反应生成金属硅酸盐，从而降低硅氧化物的氧含量，避免在首次充电过程中生成Li₂O而降低首效。专利CN 108493438A公布了一种锂离子电池用SiOx基复合负极材料及其制备方法，主要是在硅基基体上包覆硅酸盐及碳层，虽然其首效和容量有了提升，但是仍不太理想，首效仅为 77.3％，而且容量保持率较差。专利CN 110615423A公布了一种锂电池硅基复合负极材料的制备方法，是在生成氧化亚硅时直接与金属盐生成硅酸盐，生成硅酸盐化合物，但是较低的容量也限制了了其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种硅基负极材料及其制备方法以及一种锂离子电池，本发明提供的硅基负极材料具有较高的首效，并且具有较高的容量和循环性能。

本发明提供了一种硅基负极材料，包括硅基基体以及依次包覆于所述硅基基体表面的硅酸亚铁薄膜和外层包覆层，所述外层包覆层为由碳源和锂源物质中的一种或多种制备而成的单层或多层结构。

优选的，所述硅基基体为氧化亚硅或歧化氧化亚硅基体。

优选的，所述氧化亚硅基体分子式为SiO_x,其中0.6≤x＜1.6，其粒径D50 为2～10μm；

所述歧化氧化亚硅基体是将氧化亚硅在高温下煅烧所得。

优选的，所述硅酸亚铁通过X射线衍射其2θ在25.020°、31.600°、 35.891°、51.342°出现特征峰；

所硅基基体与硅酸亚铁薄膜的质量比为1：(0.01～12)。