[发明专利]一种改性高首效硅氧负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性高首效硅氧负极材料，包括从内到外依次分布的硅氧化物和预锂硅氧化物、中间保护层以及导电层；本发明还公开了改性高首效硅氧负极材料的制备方法，具体为：将纳米化合物与分散剂溶解于乙醇中，加入高首效硅氧负极前驱体，搅拌，喷雾干燥，焙烧，之后加入乙醇‑石墨烯G分散液中，超声搅拌，喷雾干燥，焙烧，得到改性高首效硅氧负极材料。采用纳米化合物与分散剂的相互结合，既有利于包覆更加均匀，避免了材料预锂过程中表面生成的纳米硅与水接触，使得浆料稳定，又分散剂起到提供部分碳源和固定纳米化合物的作用；材料表面包覆石墨烯层明显改善了材料的导电导热性质，有利于材料的电化学性能发挥。

技术领域

本发明属于储能及锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种改性高首效硅氧负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其良好的环境兼容性、长循环寿命和低自放电率，被储能和新能源领域广泛应用，为了满足高容量长续航的动力需求，开发先进的电极材料得到广泛研究。氧化亚硅因其高比容量而被认为是最具潜力的高能量密度电极材料之一。然而，氧化亚硅负极材料由于初始库仑效率低，在实际锂离子电池应用中受到阻碍。氧化亚硅在初始锂化过程中原位生成氧化锂和硅酸锂，所生成锂盐可作为缓冲物，以缓解硅氧材料在长期循环中较大的体积变化，但是在初始锂化过程中，锂盐缓冲物的形成会导致锂离子的不可逆消耗，使锂离子电池具有较低的初始库仑效率和低的能量密度。

预锂化技术被认为是解决氧化亚硅初始库伦效率低的手段之一，目前，有化学预锂化、电化学预锂化、掺杂锂化添加剂和与锂的直接接触等方法，提高锂离子电池的初始库伦效率。其中，可通过混合氧化亚硅与锂化合物进行高温煅烧，得到高首效硅氧负极材料；或将氧化亚硅置于含有锂化合物的有机溶剂中，以此提高氧化亚硅的初始库伦效率。

然而，由于硅氧预锂化使用锂或锂的化合物进行改性，在生成硅酸盐的过程中会发生体积变化破环碳包覆层，致使硅酸盐暴露，暴露出来的硅酸盐(Li₂SiO₃)可溶于水，会导致在常规的负极水系匀浆过程中浆料碱性过高，从而影响涂布质量；再者，预锂过程中生成部分纳米硅，暴露在硅酸盐基质中的纳米硅，可与水反应发生反应生成氢气，从而也影响材料的匀浆涂布质量；另外碳包覆层的破坏以及材料表面生成硅酸盐，会使材料电阻率升高。以上原因大大阻碍了预锂化硅氧负极材料的大量应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性高首效硅氧负极材料的制备方法，解决了现有高首效硅氧负极材料电阻率高和制浆稳定性差的问题。

本发明的另一目的是提供上述制备方法制备得到的改性高首效硅氧负极材料。

本发明所采用的技术方案是，一种改性高首效硅氧负极材料，包括从内到外依次分布的硅氧化物和预锂硅氧化物、中间保护层以及导电层；硅氧化物和预锂硅氧化物包括氧化亚硅、硅和硅酸锂盐；硅酸锂盐为Li₂SiO₃、Li₂Si₂O₅或者以上两种的混合物；中间保护层为纳米化合物与分散剂经高温焙烧后所形成的有机碳层与纳米化合物的复合层；导电层为石墨烯包覆层。

本发明所采用的另一技术方案是，一种改性高首效硅氧负极材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将纳米化合物与分散剂溶解于乙醇中，然后加入高首效硅氧负极前驱体，形成分散浆料，搅拌均匀后对其进行喷雾干燥，之后在保护气下进行焙烧，得到高首效硅氧负极中间体；

步骤2、将高首效硅氧负极中间体加入乙醇-石墨烯G分散液中，制得硅氧-石墨烯喷雾浆料，超声搅拌后对其进行喷雾干燥，之后在保护气下进行焙烧，得到改性高首效硅氧负极材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中，纳米化合物为氧化铝、氧化锆、二氧化钛中的任意一种或者多种；所述分散剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、多巴胺中的任意一种或者多种。