[发明专利]锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料制备领域，特别涉及锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法，其制备过程为：将微米硅、二氧化硅及其镁粉在高温炉中反应生成镁掺杂一氧化硅，之后通过原子气相沉积法和气相沉积法，依次在其表面沉积补锂剂和碳源，得到镁掺杂预锂化硅氧复合材料。本发明的有益效果是：本发明采用二氧化硅、硅粉、镁粉在氩气条件下进行烧结，利用自身的歧化反应生成硅/一氧化硅/硅酸镁；同时，通过原子气相沉积法在其外表面包覆补锂剂，依靠充放电过程中补锂剂释放出的锂离子形成硅酸锂，降低其材料的不可逆容量，提升首次效率；同时释放出过量的锂离子提升材料的循环性能及其功率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备领域，特别涉及一种锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，针对硅氧负极材料的研究主要是硅与二氧化硅通过真空高温烧结发生歧化反应得到一氧化硅，降低材料的膨胀及其提升材料的电子导电率，但是仍然存在倍率性能偏差及其首次效率偏低等问题。虽然市场上有通过镁等金属掺杂提升材料的首次效率，但是存在镁掺杂的均匀性差；同时在提升材料的倍率性能方面，主要通过液相/固相方法在材料表面无定形碳及其其它化合物来改善材料的界面性能，降低阻抗或提升材料的锂离子嵌脱速率，但是存在一致性差，改善效果不明显等缺陷，造成其硅基材料的阻抗仍然偏大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法，通过进行镁掺杂及其包覆补锂剂制备出高首效硅氧复合材料，可以提升硅基材料的功率及其循环性能。

本发明提到的一种锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料，复合材料呈现核壳结构，内核为镁掺杂硅氧，外壳为补锂剂和无定形碳组成的复合体；以复合材料质量比100%计算，外壳的质量占比为5-15%。

优选的，所述内核中以质量100%计算，镁含量为1-5%。

优选的，所述外壳中补锂剂含量为5-30%，其它为无定形碳。

本发明提到的锂离子电池所用镁掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，包括以下过程：

（1）微米硅粉、二氧化硅及其镁粉添加到球磨机中，并在转速为500-1000RPM球磨30-300min；之后添加沥青固体混合，加热，并在熔融状态下压制成块状结构；之后转移到真空烧结炉中，并在真空度在0-20Pa，温度在1500℃—2000℃，进行反应1-6h，而后停止加热，冷却，得到含镁一氧化硅前驱体；

按质量比，微米硅粉：二氧化硅：镁粉：沥青=20-25:40-50:5-20:20-35；

（2）之后通过原子气相沉积法，将补锂剂沉积在含镁一氧化硅前驱体的表面；之后将所得材料转移到管式炉中，并采用气相沉积法，通入碳源并气化，并在温度为700-1100℃碳化1-6h，之后在惰性气氛下降温到室温，粉碎，得到镁掺杂预锂化硅氧复合材料。

优选的，上述步骤（2）中原子气相沉积法过程为：所述步骤（3）的原子气相沉积法方法为，①补锂剂材料1秒；②氮气吹扫60秒；③通入氧源5秒；④氮气吹扫5秒；⑤通入水0.05秒；⑥氮气吹扫50秒；⑦从步骤①开始循环100圈。

优选的，上述步骤（2）补锂剂为铁酸锂、镍酸锂、钴酸锂、铜酸锂中的一种。

优选的，上述步骤（2）提到的碳源为苯、甲苯、二甲苯中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：本发明采用二氧化硅、硅粉、镁粉在氩气条件下进行烧结，利用自身的歧化反应生成硅和一氧化硅及其硅酸镁；同时，通过原子气相沉积法在其外表面包覆补锂剂，依靠充放电过程中补锂剂释放出的锂离子形成硅酸锂，降低其材料的不可逆容量，提升首次效率；同时释放出过量的锂离子提升材料的循环性能及其功率性能。

附图说明

图1为实施例1制备出的镁掺杂预锂化硅氧复合材料的SEM图。