[发明专利]一种锂离子电池氧化亚硅/碳/石墨负极材料的制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种锂离子电池氧化亚硅/碳/石墨负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。该方法将微米级的氧化亚硅先进行高温歧化、粒径处理得到预处理后的氧化亚硅；然后通过还原和刻蚀相结合的方式制备得到面向生长的银纳米片浆料；将预处理后的氧化亚硅与银纳米片浆料置于螺带真空干燥机中混合，干燥，与有机碳源和锂盐混合均匀，最后经高温煅烧、解聚、除磁、与石墨混合得到成品。该方法掺杂银纳米片，提升材料导电性能，降低电极阻抗，通过有机碳源将锂盐包覆在颗粒表面，提升首效及循环。

技术领域

本发明实施例涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池氧化亚硅/碳/石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池能量密度的不断提升，传统的石墨材料已经无法满足高比能电池的设计需求，硅因其来源丰富、成本低廉、无毒无害、极高的理论比容量(硅高达4200mAh/g，氧化亚硅也达2043mAh/g)以及与石墨接近的嵌锂平台，成为了最具潜力的下一代高容量负极材料。然而，硅在与锂进行首次合金化的过程中，造成了巨大的体积膨胀(≥300％)，与硅相比，氧化亚硅在首次嵌锂过程中与锂反应，生成具有缓冲硅锂合金膨胀效应(约为≈118％)，一定程度上抑制了硅团聚的氧化锂和硅酸锂，但是膨胀问题依然很严重。此外，氧化亚硅材料独特的反应机理，使得其在首次嵌锂过程中生成没有电化学活性的氧化锂和硅酸锂材料，导致其首效远远低于传统的石墨负极和硅碳负料，这也成为了氧化亚硅材料应用的一大阻碍。其中，氧化亚硅的合金化过程如下：

(1)SiO+2Li→Li₂O+Si

(2)4SiO+4Li→Li₄SiO₄+4Si

(3)5Si+22Li→Li₂₂Si₅

当前，针对氧化亚硅所存在的这些问题，研究人员开发出的改性方法主要包括选用生物质原料、球磨、化学气相沉积、氧化亚硅纳米化等来制备性能稳定的氧化亚硅/碳复合材料。

CN110112376A公开了一种多孔氧化亚硅/碳复合负极材料的制备方法，主要步骤如下：(1)将富含硅元素的生物质材料作为硅碳源，经清洗、粉碎；(2)将粉碎后粉末置于空气气氛中煅烧；(3)加入氯化铜溶液作为活化剂进行活化处理得到活性前驱体粉末二氧化硅/碳；(4)加入金属粉末作为还原剂混合后进行高温反应得到多孔氧化亚硅/碳复合负极材料。该方法能够简化硅碳复合材料的制备流程、降低材料的制备成本，同时很好地利用生物质天然的分级多孔结构缓解硅基负极材料的体积变化问题，然而，该方法所制备的最终产物比表面积较大，形成SEI膜将消耗更多的电解液和锂源，此外，多孔结构的设计也会在一定程度上限制能量密度的提升，极片加工也较困难。

CN108807953A公开了一种锂离子电池纳米氧化亚硅的硅碳复合负极材料的制备方法，主要步骤如下：(1)将粒径为纳米级的氧化亚硅颗粒与钛酸酯充分混合并包埋，得到的均质材料与碳纳米管分散液混合，干燥并分离得到混合粉末；(2)添加100g PEG于30g该混合粉末中，并将该混合粉末悬浮于DMF中混合均匀；(3)将该混合粉末与沥青混合，在氮气保护下在200℃下进行初烧结2h，再在950℃下进行再烧结6h。得到硅碳包覆的氧化亚硅负极材料，首次效率、循环性能等方面均有显著提升，然而该方法，纳米级的氧化亚硅不易分散，并发生团聚，使得所制极片在充放电过程中，易发生应力集中致使材料粉化和脱落，进而破坏极片原有形貌，严重影响其在电池体系中的性能发挥。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种锂离子电池氧化亚硅碳/石墨负极材料的制备方法，以解决现有技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供一种锂离子电池氧化亚硅/碳/石墨负极材料的制备方法，包含以下步骤：