[发明专利]一种高首效硅氧负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高首效硅氧负极材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将硅氧负极材料在保护气氛中进行高温保温，得到歧化硅氧负极材料；(2)将所述歧化硅氧负极材料与锂源混合，在保护气氛下进行低温锂化反应，所述低温锂化反应的温度在750℃以下，得到所述高首效硅氧负极材料。本发明通过对歧化后的硅氧负极材料进行预锂化处理，并生成稳定的偏硅酸锂，从而在电池首次充放电过程中减少副反应的发生，可以大大提高硅氧负极材料的首效，同时能够有效缓解材料在充放电过程中的体积膨胀。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料，尤其涉及一种高首效硅氧负极材料及其制备方法。

背景技术

目前商业应用较成熟的锂离子电池体系是石墨负极搭配锂金属氧化物正极。石墨负极的比容量约为360mAh/g，而锂金属氧化物正极的比容量更低，一般不到200mAh/g，硅的理论比容量(4200mAh/g)比石墨高10倍以上；同时原料来源广泛，适合大规模的生产和应用，是锂离子电池负极的下一代理想材料。单质硅在嵌锂-脱锂过程中会发生巨大的体积变化(约400％)，且本征导电率较低，循环和倍率性能不佳，目前难以被大规模商用。相比于单质硅材料，SiO_x负极材料的比容量(1965-4200mAh/g，且随氧含量的增加而降低)虽略低，但在循环性能上更具优势，被视为有望全面商用的硅基负极材料，并已在电动汽车动力电池上得到少量的应用。

目前，对SiO_x嵌锂机制的一般认识是：SiO_x与锂先反应生成单质硅、Li₂O及锂硅酸盐(Li₄SiO₄、Li₂SiO₃和Li₂Si₂O₅等)，单质硅进一步与Li反应，产生可逆容量，而生成的Li₂O和锂硅酸盐在后续的电化学循环过程中不参与反应，导致材料的首次库仑效率(ICE)很低，但会起到缓冲体积膨胀和保护活性材料的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高首效硅氧负极材料及其制备方法，通过对歧化后的硅氧负极材料进行预锂化处理，并生成稳定的偏硅酸锂，从而在电池首次充放电过程中减少副反应的发生，可以大大提高硅氧负极材料的首效，同时能够有效缓解材料在充放电过程中的体积膨胀。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高首效硅氧负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅氧负极材料在保护气氛中进行高温保温，得到歧化硅氧负极材料；

(2)将所述歧化硅氧负极材料与锂源混合，在保护气氛下进行低温锂化反应，所述低温锂化反应的温度在750℃以下，得到所述高首效硅氧负极材料。

本发明中，一氧化硅本身为不定形态，并且不是稳定态。本发明先将包含一氧化硅的硅氧负极材料进行高温保温，使得硅氧负极材料发生一定的歧化反应，歧化硅氧负极材料中含有歧化后的硅和歧化后的二氧化硅；之后再于后续低温锂化反应时，将低温锂化反应的温度控制在750℃以下，可使歧化后的二氧化硅与通过锂源分解得到的氧化锂反应，并主要生成偏硅酸锂Li₂SiO₃，且歧化后的硅基本不与通过锂源分解得到的氧化锂反应。