[发明专利]一种预锂化氧化亚硅/碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种预锂化氧化亚硅/碳复合材料及其制备方法和其应用，属于氧化亚硅材料技术领域。本专利所述制备方法包括：对氧化亚硅材料进行气相沉积包覆碳层制备氧化亚硅/碳复合材料；对锂盐进行粉碎至合适粒度后，与氧化亚硅/碳混合均匀；将混合好的物料升温至一定温度，还原性气氛下，保温一段时间，得到预锂化氧化亚硅/碳复合材料。本发明通过上述简单高效的制备方法，能够有效制备出首效高，循环性能好的负极材料，能够很好地应用于制备锂离子电池负极材料，此外，相较于通过金属锂补锂，本专利所述方法具有成本低廉，易于放大生产的优点。

技术领域

本发明属于氧化亚硅材料技术领域，涉及一种预锂化氧化亚硅/碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

氧化亚硅是近些年广受关注的一种硅基负极材料，其具有较高的质量比容量(2600mA·h·g^-1),廉价易得的有点，是一种比较理想的负极材料，但由于氧化亚硅在首次循环过程中会形成不可逆的硅酸锂盐造成较低的首次库伦效率，同时，材料本身的低的电导率和较高的体积膨胀效应，严重限制了氧化亚硅负极的实际应用，针对这些缺陷，制备氧化亚硅/碳复合材料是一种行之有效的方法。

氧化亚硅的可逆比容量大约在1500mA·h·g^-1，首次库伦效率在65％，碳包覆改性的氧化亚硅具有1700mA·h·g^-1的可逆比容量，76％的首次库伦效率，循环性能较原料也有极大提高，但76％的首次库伦效率仍难以满足需求。对氧化亚硅材料进行预补锂，预先消耗材料中不可逆的组分，是一种提高材料首次库伦效率的办法。

常用的补锂方法中，通常以锂箔或者惰性锂粉为锂源，成本高昂，难以放大生产。而锂盐价格低廉，易于获取，使用条件简单。但部分锂盐，例如氢氧化锂、硝酸锂等，含有氧原子，在对氧化亚硅进行补锂过程中，会造成氧化亚硅的氧化，电化学性能也有一定下降，并且通过该硝酸盐、氢氧化锂与氧化亚硅反应通常需要800℃以上的温度；而非含氧锂盐，例如氟化锂、氢化锂等，虽不会造成材料氧化，但由于其分解温度较高，在高温预锂过程中，会加剧氧化亚硅的歧化，硅晶粒增大，循环性能恶化。针对锂盐的缺陷，一方面是选取包覆碳后的氧化亚硅材料与锂盐反应，可以减小反应过程中的歧化和氧化，减小硅晶粒的力度，提高循环性能；另一方面是引入还原性气氛可以在较低温度下置换出锂盐中的金属锂，降低反应温度，也会减小硅晶粒力度。除此之外，为了保证反应的均匀程度，锂盐的粒度应与氧化亚硅的粒度在一定比值范围内，这样的化，锂盐与氧化亚硅有较高的接触面积，提高了预锂的均匀程度。

申请公布号为CN104993098A的中国发明专利公布了一种将锂金属粉末均匀分布在负极极片表面实现了负极材料补锂的的方法。其制备条件苛刻，需要在无氧条件下进行，并且，锂金属在与电极极片接触的过程中，存在着接触不均匀的缺点，预锂化程度和均匀性难以控制。

申请公布号为CN107093730B的中国发明专利公布了一种利用电化学原理对负极材料补锂的办法，但其制备工艺复杂，难以放大，并不适合大规模的工业化生产。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预锂化氧化亚硅/碳复合材料及其制备方法和应用。本发明公开了一种可逆比容量高、且具有高首效的预锂化氧化亚硅/碳复合材料，且该预锂化氧化亚硅/碳复合材料的制备方法易于大规模生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种预锂化氧化亚硅/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用气相沉积技术，利用沉积气体对氧化亚硅进行气相沉积包覆碳层，得到氧化亚硅/碳复合材料；

S2、将粉碎后的锂盐与所得氧化亚硅/碳复合材料混合均匀，得到预烧物料；

S3、还原性气氛下，将所得预烧物料进行热处理，得到预锂化氧化亚硅/碳复合材料。