[发明专利]一种硅氧负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硅氧负极材料及其制备方法和应用。所述硅氧负极材料包括内核和包覆于内核表面的碳包覆层；所述制备方法包括：将Li‑芳烃复合物溶液与硅氧材料进行预锂化，固液分离，然后在保护性气氛下进行热处理，得到所述硅氧负极材料。所述内核为内部嵌锂的硅氧材料。本发明通过对硅氧材料采用Li‑芳烃复合物溶液进行预锂化，然后进行热处理，不仅实现了硅氧负极在材料层面的预锂化，其表面的碳包覆层还进一步地实现了抑制硅氧材料内部体积膨胀的作用，同时还在预锂化硅氧颗粒和电解液之间形成一个保护屏障，将两者隔开，节省了清洗环节的同时提升了材料的结构稳定性，提升了电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种硅氧负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以其较高的能量密度、工作电压、较快的充电速度、安全无污染等特点普遍应用于电动汽车、3C产品。负极材料作为锂离子电池发展的关键因素，主要以石墨材料为主，其比容量已接近理论值，很难再通过改性石墨来提高其容量。因此发展高比容量、高安全性能的新型负极材料已成为关键点。

SiO的理论比容量为2443mAh/g，是传统石墨材料的6倍以上，且硅在大自然中储量丰富，清洁无污染，被认为是最具开发潜力的下一代锂离子负极材料。然而，硅氧材料仍存在首次效率较低、导电性较差和体积膨胀较大等缺点。这主要是锂离子在嵌入硅氧负极材料的过程中，优先与硅氧发生反应生成Li₂O、Li₄SiO₄，这两种物质虽具有阻碍硅在脱嵌锂过程中的膨胀效应的作用，相对于纯硅材料提高了其循环稳定性及使用寿命，但也正是由于生成不可逆的Li₂O、Li₄SiO₄，硅氧负极材料的首次循环效率较低、导电性较差；此外，相比于石墨材料，硅氧负极材料也仍存在体积膨胀较大的问题。

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。

CN104538591A公开了一种锂离子电池负极材料的预锂化方法，通过在金属锂表面包覆或包裹上锂离子阻隔层和/或对连接导体进行电阻值控制的方法，限制预锂化的电流大小，调节金属锂与负极材料之间的原电池反应速度，并以此来调控负极材料的嵌锂速度及表面SEI膜形成速度，从而在提高负极材料的首次库伦效率的基础上，改善负极材料的循环性能。该方法中通过调节电阻值来限制预锂化的电流，可控参数较少，操控难度较高；此外，外包覆层会额外增加电芯质量。