[发明专利]一种具有核壳结构的预锂化硅基负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有核壳结构的预锂化硅基负极材料，由内向外依次包括内核、中间层和外壳；所述内核包括Li_xSi，其中0x≤4；所述中间层包括Li₂CO₃；所述外壳包括导电物质。本发明还公开了该具有核壳结构的预锂化硅基负极材料的制备方法，通过对硅氧化物SiO_y(0y2)粉末依次进行预锂化处理、通入二氧化碳生成Li₂CO₃保护层、表面包覆导电物质得到。本发明可以同时完成硅基负极的预锂化和材料表面导电层包覆，与常规的硅基负极材料相比，不仅提高了首次库伦效率和倍率性能，而且可以提高循环次数。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有核壳结构的预锂化硅基负极材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的快速发展，高能量密度、高功率密度的锂离子电池的需求逐年增加。而市场上主流负极材料以石墨为主，但是其容量已经无法满足市场需求，急需找到替代产品。硅是目前所发现的具有最高理论储锂容量的负极材料，其比容量远高于石墨负极材料。然而，该类材料具有不可逆容量高，首次库伦效率低和具有300％的体积膨胀等严重问题，容易导致锂离子电池容量明显下降。为了使硅材料具有高容量的同时，还具有较好的循环性能。人们对预锂化技术研究一直没有停止过。通过预锂化对电极材料进行补锂，可以抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的总容量和能量密度。

目前常见的硅负极补锂技术包括：将锂箔压延到负极表面进行补锂、锂粉补锂、电化学补锂等，但是，这些补锂方式都是针对负极极片进行处理，对操作环境要求高，且存在安全隐患。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种具有核壳结构的预锂化硅基负极材料及其制备方法。

本发明提出的一种具有核壳结构的预锂化硅基负极材料，由内向外依次包括内核、中间层和外壳；所述内核包括Li_xSi，其中0x≤4；所述中间层包括Li₂CO₃；所述外壳包括导电物质。

优选地，所述导电物质为聚苯胺。

一种所述的具有核壳结构的预锂化硅基负极材料的制备方法，包括下述步骤：

S1、在惰性气氛下，将锂粉与硅氧化物粉末在加热条件下湿法球磨，干燥，得到Li_xSi-Li₂O复合材料，其中0x≤4；

S2、将所述Li_xSi-Li₂O复合材料置于充满惰性气体的反应器中，通入CO₂，升温使CO₂和Li₂O进行反应形成Li₂CO₃包覆层，得到Li_xSi-Li₂CO₃复合材料；

S3、采用导电物质对所述Li_xSi-Li₂CO₃复合材料进行表面包覆，得到具有核壳结构的预锂化硅基负极材料。

优选地，所述步骤S1中，锂粉的摩尔量为硅氧化物粉末的摩尔量的0.5-2％；优选地，所述硅氧化物为SiO_y，其中0y2。

优选地，所述步骤S1中，湿法球磨的温度为100-1000℃；优选地，所述步骤S1中，湿法球磨的球料比为(1-10)：1；优选地，所述步骤S1中，湿法球磨的时间为5-20h。

优选地，所述步骤S1中，湿法球磨采用的助磨溶剂为芳香族化合物溶解于二乙醚中得到的溶液；优选地，所述步骤S1中，湿法球磨采用的助磨溶剂为浓度为0.5-1mol/L的联苯的乙二醚溶液。