[发明专利]一种快速化学预锂化制备的高首效硅氧烯负极材料及其应用

说明书

本发明属于能量存储与转化领域，提供一种快速化学预锂化制备的高首效硅氧烯负极材料及其应用，包括：将硅钙合金置于酸性溶液中搅拌均匀，将溶液过滤干燥得到硅氧烯粉末；将硅氧烯粉末、导电剂和粘结剂混合，涂覆在铜箔上烘干，制备成极片；将DME、4,4‑二甲基联苯和锂片混合，搅拌均匀配成预锂化剂；最后将制备的硅氧烯极片放入预锂化剂中进行预锂化。本发明操作步骤简单，易于大规模生产，因此有望实现商业化；通过调控步骤三中的预锂化剂的浓度步骤四中的预锂化时间，可以调控硅氧烯极片的预锂化程度，从而调控其首次库伦效率。本发明中所采用的化学预锂化方法相较于其他预锂化方法可以使极片预锂化更加均匀，从而使其拥有更好的电化学性能。

技术领域

本发明属于能量存储与转化领域，具体涉及一种快速化学预锂化制备的高首效硅氧烯负极材料及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

硅氧烯作为一种二维硅氧化物，具有较高的理论比容量和良好的循环性能，因此是一种十分具有潜力的锂离子电池负极材料。然而，由于在首次循环过程中不可逆硅酸盐和Li₂O的形成，导致了大量活性锂的损失；另外SEI的形成和界面副反应也使活性锂发生了一部分损失；这使得硅氧烯的首次库伦效率(ICE)非常的低(30％-40％)。这为硅氧烯的应用带来了巨大阻碍。

解决上述问题的方法之一是进行化学预锂化，化学预锂化是在组装电池前利用预锂化溶液对材料进行预嵌锂的方法。通过对硅氧烯进行化学预锂化可以使硅氧烯提前均匀的嵌入一部分锂，并在其表面形成一层薄的SEI膜，缓冲其体积膨胀；进而大幅度减少其在首次循环过程中活性锂的损失，提高ICE。

因此，化学预锂化制备高首效硅氧烯是非常有意义的。专利202011619509.6公开了一种改性预锂化硅氧材料、制备方法、应用和锂离子电池。该改性预锂化硅氧材料，其包括预锂化硅氧材料及包覆层，预锂化硅氧材料包括锂硅酸盐和硅晶粒，包覆层包括磷酸铝盐聚合物。专利201810113241.5公开了一种锂离子电池负极及其预锂化方法，及其在电池中的应用。惰性氛围中，使锂离子电池负极与芳基锂化试剂反应，将负极的首周不可逆容量反应掉，以得到更高的首周容量。但仍存在预锂化时间较长、硅氧烯的循环性能仍有待提高的问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种化学预锂化制备高首效硅氧烯的方法。本发明操作步骤简单，易于大规模生产，因此有望实现商业化。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种快速化学预锂化制备的高首效硅氧烯负极材料的方法，包括：

将硅钙合金置于酸性溶液中进行机械搅拌，将溶液过滤干燥，得到硅氧烯粉末；

将硅氧烯粉末、导电剂和粘结剂混合，涂覆在铜箔上烘干，制成硅氧烯极片；

将制备的硅氧烯极片放入预锂化剂中进行预锂化；

所述预锂化剂由乙二醇二甲醚、4,4-二甲基联苯和锂片混合而成。

本发明的第二个方面，提供了上述的方法制备的预锂化硅氧烯极片。

本发明的第三个方面，提供了上述的预锂化硅氧烯极片在制备电池或超级电容器中的应用。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明操作步骤简单，易于大规模生产，因此有望实现商业化。

(2)通过调控步骤三中的预锂化剂的浓度，可以调控硅氧烯极片的预锂化程度，从而调控其首次库伦效率。

(3)通过调控步骤四中的预锂化的时间，可以调整硅氧烯极片的嵌锂量，从而改变其首次库伦效率；