[发明专利]预锂化硅氧负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了预锂化硅氧负极材料及其制备方法和应用，所述方法包括：(1)将联苯甲基衍生物与第一有机溶剂混合，以便得到联苯甲基衍生物溶液；(2)将金属锂与所述联苯甲基衍生物溶液混合，以便得到Li‑联苯甲基衍生物复合物；(3)将氧化亚硅颗粒与所述Li‑联苯甲基衍生物复合物混合，进行预锂化，固液分离，以便得到预锂化硅氧负极材料。将微米级的硅基负极颗粒浸泡到以Li‑联苯甲基衍生物复合物为化学预锂化试剂的溶液中，复合物中的锂离子与硅氧负极颗粒接触，形成一种表面包覆人工SEI膜且内部嵌锂的预锂化硅氧负极材料。

技术领域

本发明属锂离子电池技术领域，具体涉及一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于目前消费市场对电动汽车的续航里程和单位里程的能耗要求越来越高，使得动力电池的研发越来越向高能量密度方向努力。从材料角度出发，提升电池能量密度的手段主要有：提升正极材料比容量、提升正极材料工作电压、增加负极负极比容量。其中负极材料比容量的提升是一种切实可行的手段。常规的石墨负极可发挥的比容量已经非常接近其372mAh/g的理论比容量。相比于石墨负极，硅基负极的比容量比石墨高一个数量级以上(4200mAh/g)。从石墨向硅基材料的转变可以明显提升动力电池的能量密度。然而，由于纯的硅材料充放电循环过程的体积效应，导致单纯使用单质硅作为负极材料时，电池的循环寿命急剧衰减。目前产业界更倾向于使用硅氧材料作为动力电池的负极材料。硅氧负极材料的活性物质为氧化亚硅。相比于石墨类负极材料，这种材料的导电性较差。而且随着反复的充放电循环氧化亚硅颗粒发生粉化导致脱离导电体系，导致负极性能失效。通常氧化亚硅应用于商业化的电池是经过包覆后与石墨材料按一定比例物理掺混获得一定的克容量，在负极片制备工艺中需要使用导电剂和粘结剂构成的导电网络将氧化亚硅颗粒纳入负极导电体系。

另外，氧化亚硅材料作为电池负极材料也存在本征的缺陷，主要是由于材料中存在O的成分，在化成过程中由于形成SEI膜和锂硅酸盐物质消耗了大量Li源，导致此类材料的首次效率偏低。如何提高此类材料的首效成为目前产业界和学术界研究的重点。其中，预锂化是一个提升硅氧负极首次库伦效率的有效手段。预锂化是将外源锂以合适的方式和形态引入电池体系，用以改善由于硅氧负极对有效锂的消耗导致的首次库伦效率降低。目前预锂化主要分为正极预锂化和负极预锂化，其中负极预锂化研究较多且技术相对成熟。负极预锂化根据预锂化方式又分为直接添加外源锂、活性添加剂预锂化、电化学预锂化和化学预锂化。其中化学预锂化由于操作简单、对干燥环境的要求较低，在近几年的预锂化技术研究中逐渐引起研究人员的重视。

对于硅氧负极材料选择合适的预锂化方式是保证化学预锂化技术迈向商业化应用的关键。由此，对化学预锂化应用于硅氧负极所存在的关键问题有待进一步深入研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种预锂化硅氧负极材料及其制备方法和应用，将微米级的硅基负极颗粒浸泡到以Li-联苯甲基衍生物复合物为化学预锂化试剂的溶液中，复合物中的锂离子与硅氧负极颗粒接触，形成一种表面包覆人工SEI膜且内部嵌锂的预锂化硅氧负极材料。

为实现上述目的，在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备预锂化硅氧负极材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：

(1)将联苯甲基衍生物与第一有机溶剂混合，以便得到联苯甲基衍生物溶液；

(2)将金属锂与所述联苯甲基衍生物溶液混合，以便得到Li-联苯甲基衍生物复合物；

(3)将氧化亚硅颗粒与所述Li-联苯甲基衍生物复合物混合，进行预锂化，固液分离，以便得到预锂化硅氧负极材料。