[发明专利]硼掺杂软碳包覆硅基锂离子负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硼掺杂软碳包覆硅基锂离子负极材料及其制备方法和应用。以含硼气源或者高沸点含硼化合物为掺杂材料，将掺杂材料的蒸气与预先加热好的硅源蒸气在1200℃‑1700℃进行气相混合反应1‑24小时，得到硼掺杂氧化亚硅材料；其中，所述硅源蒸气为硅蒸气与二氧化硅蒸气的混合蒸气；所述含硼气源为在常温下为气态的含硼化合物，所述高沸点含硼化合物为在常温下为液态或固态的含硼化合物；将硼掺杂氧化亚硅材料冷却至室温并出料破碎筛分；将破碎筛分后的物料进行飞行时间二次离子质谱分析测试，确认硼掺在氧化亚硅中的掺杂均匀性是否满足预设条件；将掺杂均匀性满足预设条件的物料进行碳包覆，即得硼掺杂硅基锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种硼掺杂软碳包覆硅基锂离子负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，业内对动力电池的性能提出了更高的要求。正负极材料决定动力电池的能量密度，功率密度，循环寿命，高低温性能，安全性能的关键组成部分，其主要作用是使锂离子自由地脱嵌，实现电池充放电功能。其中，锂离子电池负极材料的要求至少要满足以下几点：1.较低的化学电位；2.良好的导电性；3.良好的循环稳定性和安全性；4.价格低廉的原材料等等。

负极材料是锂离子电池技术最关键的材料之一。目前市售的石墨负极由于其低克容量已经到达了其技术瓶颈。而硅是最有希望取代它的锂离子负极材料之一。硅基负极材料本身具有的体积膨胀效应，导电性差等一系列缺点，限制了其实际应用。

专利CN106654194A提供了一种元素掺杂氧化亚硅锂离子电池负极材料的制备方法。将掺杂金属和非金属元素组合，通过非金属构建负极材料缺陷，提高材料本征的离子传输能力，同时，金属与SiOx混合导电网络提高材料导电性，同时为体积膨胀预留一定的位置，可以实现较高比容量兼顾优良的循环性能。但是该制备方法采用液相固相混合，无法保证体相掺杂的均匀性，因此会影响到制备方法所得材料的一致性，并可能因此影响到材料的循环性能。

发明内容

本发明实施例提供了一种硼掺杂软碳包覆硅基锂离子负极材料及其制备方法和应用，通过气相反应得到的体相掺杂均匀的锂离子电池负极材料，该材料具有更高的循环稳定性，同时材料的一致性也更加优异。

第一方面，本发明实施例提供了一种硼掺杂软碳包覆硅基锂离子负极材料的制备方法，包括：

以含硼气源或者高沸点含硼化合物为掺杂材料，将掺杂材料的蒸气与预先加热好的硅源蒸气进行气相混合1200℃-1700℃反应1-24小时，得到硼掺杂氧化亚硅材料；其中，所述硅源蒸气为硅蒸气与二氧化硅蒸气的混合蒸气；所述含硼气源为在常温下为气态的含硼化合物，所述高沸点含硼化合物为在常温下为液态或固态的含硼化合物；

将硼掺杂氧化亚硅材料冷却至室温并出料破碎筛分；

将破碎筛分后的物料进行飞行时间二次离子质谱分析测试，确认硼掺在氧化亚硅中的掺杂均匀性是否满足预设条件；

将掺杂均匀性满足预设条件的物料进行碳包覆，即得硼掺杂硅基锂离子负极材料。

优选的，所述含硼气源具体包括：乙硼烷、三氯化硼或三氟化硼中的一种或多种；

所述高沸点含硼化合物具体包括：癸硼烷、硼酸或硼氢化钠中的一种或多种。

优选的，所述掺杂材料的蒸气通过对所述掺杂材料加热到25℃-800℃获得。

优选的，所述硅源蒸气中硅蒸气和二氧化硅蒸气按照摩尔比硅：二氧化硅＝1：1混合。

优选的，所述掺杂材料中硼原子质量占所述硅源蒸气中硅和二氧化硅总质量的100ppm-100000ppm。

优选的，所述预设条件具体为：在飞行时间二次离子质谱分析测试过程中，全部粒子溅射时间段内，硼原子浓度的波动范围为±50％之内。