[发明专利]锂离子电池氧化亚硅复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料的制备方法，制备方法：将氧化亚硅原料进行高温焙烧歧化，制得歧化氧化亚硅原料；第一阶段：将得到的歧化氧化亚硅原料进行焙烧，在保护气体下升温至500～1000℃焙烧，保温0.5～2h，通入有机气体，通气时间为1～20h，待反应完全后，关闭有机气体；第二阶段：继续升温到1000～1800℃，通入氢气和有机气体，通气时间为1～20h，待反应完全后，降温冷却，得到氧化亚硅复合负极材料；将得到的氧化亚硅复合负极材料进行粉碎、筛分、除磁得到锂离子电池氧化亚硅复合负极材料。该制备方法制得的锂离子电池氧化亚硅复合负极材料，循环性能及导电性良好，延长电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，特别涉及一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池相较于传统电池而言，主要表现在比容量大、循环寿命长、安全性高、环境污染少等多方面。目前，已经实现商品化的锂离子二次电池负极材料主要是碳素材料，并且成功应用于各种电子产品，汽车等设备中。但是碳素材料的主要问题在于其最大理论比容量只有372mAh/g，难以满足当前需求。

硅基材料作为当前有很大潜力的锂离子电池负极材料，其主要优点表现在比容量大，其中硅单质材料的理论比容量达到了4200 mAh/g，氧化亚硅材料的理论比容量也达到了2100mAh/g，远大于碳素负极材料，但是硅材料的缺陷也很明显，主要表现为循环过程中，膨胀率能达到300％多，同时硅基材料的导电性能也很差，导致其循环过程，活性材料容易粉化脱落，严重影响电池使用寿命，因此改善硅基材料的循环膨胀问题及导电性，是当前硅基材料的研究重点及难点。

为此，我们提出了一种循环性能及导电性优良的锂离子电池氧化亚硅复合负极材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料及制备方法，具有提高负极材料导电性及循环性能的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种锂离子电池氧化亚硅复合负极材料的制备方法，制备方法步骤如下：

(1)、将氧化亚硅原料进行高温焙烧歧化，温度范围为1000℃～ 1500℃，保温5～20h，制得歧化氧化亚硅原料；其中，高温焙烧采用回转炉、箱式炉或辊道窑，升温速率为1～10℃/min；优选的，焙烧设备为回转炉，回转速度为0.1～2rpm。

(2)、第一阶段：将得到的歧化氧化亚硅原料进行焙烧，在保护气体下升温至500～1000℃焙烧，升温速率为1～10℃/min，保温0.5～ 5h，通入有机气体，通气时间为1～20h，待反应完全后，关闭有机气体；第二阶段：继续升温到1000～1800℃，升温速率为1～10℃/min，通入氢气和有机气体，通气时间为1～20h，待反应完全后，降温冷却，得到氧化亚硅复合负极材料；其中，降温冷却是在保护气体下自然降温冷却。

(3)、将得到的氧化亚硅复合负极材料进行粉碎、筛分、除磁得到锂离子电池氧化亚硅复合负极材料。

优选的，所述氧化亚硅原料的中值粒径D50为1～50μm，在步骤(1)之前还包括：采用球磨机、破碎机或粉碎机控制粒度及形态，再通过筛分、除磁，制备出合格的氧化亚硅原料。

优选的，所述歧化温度控制范围为800～1200℃；得到的歧化氧化亚硅原料为外层以二氧化硅材料为主，内层为硅单质。

优选的，所述第一阶段中有机气体与保护气体的打入流量比为1:1～1:5，第一阶段保护气体流量为1～125L/min，第一阶段有机气体气体流量为1～25L/min；第二阶段中有机气体与氢气的打入流量比为1:0.5～1:5，第二阶段保护气体的流量为1～50L/min，有机气体的流量为1～10L/min，氢气的流量为0.5～50L/min。

优选的，步骤(2)中所述歧化氧化亚硅加入量为1～5kg，高温歧化氧化亚硅的质量与第一阶段有机气体流量比例为1:1～1:5。