[发明专利]一种预锂化硅氧复合材料及制备方法和应用

说明书

为解决现有技术中氧化亚硅预锂化处理后由于硅晶粒的生长使脱嵌锂过程中绝对体积变化大而导致电池循环性能变差的技术问题，本发明实施例提供一种预锂化硅氧复合材料及制备方法和应用，所述制备方法中氧化亚硅在预锂化反应之前先与金属盐混合均匀再和预锂化试剂混匀进行预锂化反应；本发明实施例通过加入金属盐，实现对预锂化试剂颗粒及氧化亚硅颗粒表面的全部或部分包裹，解决了硅晶粒因预锂化不均匀快速析出长大问题，进而确保了优异的循环性能；碳包覆有效解决了应用中水系浆料产气问题，大幅提升了耐水性。

技术领域

本发明涉及一种预锂化硅氧复合材料及制备方法和应用。

背景技术

氧化亚硅在首次嵌锂过程中有不可逆的硅酸锂及氧化锂生成，导致氧化亚硅首次效率低。当与现有正极体系匹配制作全电池时，正极有限的锂离子在首次充电嵌入氧化亚硅后，无法有效脱出，因而，硅基高容量的特性难以发挥。

为了提升氧化亚硅的首次效率，业内发展了多种材料的预补锂技术，通过在硅基材料中预先补充部分锂来减少充放电过程中的不可逆容量损失。通过直接对硅氧材料进行热掺杂或氧化还原反应预先进行部分掺锂的预锂化方案，因不改变材料在后端电池制备过程中的加工工艺而受到广泛关注。

但预锂化后由于表面残锂的存在导致在水系中浆料碱性偏高，且预锂化过程中由于氧化亚硅中Si-O的“O”组分被更多转化为Li₂O、Li₂SiO₃、Li₂Si₂O₅等组分，Si-O中的剩余的“Si”容易聚集甚至长大，硅晶粒的生长一方面导致脱嵌锂过程中绝对体积变化大，不利于极片结构的稳定性，进而导致循环性能变差；另一方面Si微晶的产生在碱性水溶液体系下容易反应生成H₂，耐水性差不利于浆料稳定、且影响涂布均匀等加工性能，进而也导致最终电池性能不理想的问题。

发明内容

为解决现有技术中氧化亚硅预锂化处理后由于硅晶粒的生长使脱嵌锂过程中绝对体积变化大而导致电池循环性能变差的技术问题，本发明实施例提供一种预锂化硅氧复合材料及制备方法和应用。

本发明实施例通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供一种预锂化硅氧复合材料的制备方法，所述制备方法中氧化亚硅在预锂化反应之前先与金属盐混合均匀再和预锂化试剂混匀进行预锂化反应。

进一步的，所述制备方法包括：

将氧化亚硅粉体与金属盐混合均匀，得到第一混合物；

将第一混合物与预锂化试剂混匀，在保护气氛下进行预锂化反应，得到预锂化硅氧粉体；

在保护气氛下，将预锂化硅氧粉体与气相有机碳源进行碳包覆，得到预锂化硅氧复合材料；

其中，所述金属盐与氧化亚硅及预锂化试剂在1000℃以下不反应，所述金属盐的熔融温度为400-750℃。

进一步的，所述在保护气氛下，预锂化粉体与气相有机碳源进行碳包覆，得到预锂化硅氧复合材料，包括：

在保护气氛下，将预锂化硅氧粉体与气相有机碳源进行碳包覆，得到碳包覆的预锂化硅氧粉体；

去除碳包覆的预锂化硅氧粉体中的金属盐，得到预锂化硅氧复合材料。

进一步的，所述将第一混合物与预锂化试剂混匀，在保护气氛下进行预锂化反应，得到预锂化硅氧粉体；包括：

将第一混合物与预锂化试剂混匀，均匀升温至温度为600-750℃，进行预锂化反应；其中，预锂化反应的时间2-10h；

在保护气氛下，将预锂化硅氧粉体与气相有机碳源进行碳包覆，得到碳包覆的预锂化硅氧粉体；包括：