[发明专利]一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其包括氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和无机物包覆层。本发明还提出的一种所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，包括：取氧化亚硅和锂元素的无机化合物混合球磨，在保护气体的环境下烧结，自然冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；将氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料与无机物进行混合球磨，然后在保护气体条件下进行烧结。本发明提出的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法，所述制备方法简单、安全、成本低，易于操作和工业化生产，得到的复合负极材料可逆容量高，循环性能优良，首次库伦效率高。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其较高的比能量、较长的循环使用寿命等特点而广泛应用于各类电子产品和设备以及电动汽车等领域中。当前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨类负极材料，其理论容量只有372mAh/g，实际容量在340-360mAh/g之间，无法满足高比能量电池的设计要求。因此，开发出比容量高、循环稳定性和倍率性能好的下一代新型负极材料以实现在电子产品和电动汽车上的广泛使用已经成为电池领域研究的关键课题。

近十年来，硅基材料由于其极高的比容量(Si：4200mAh/g，SiO：2000mAh/g)而受到学界和业界广泛而持续的研究。但是硅材料在充放电过程中高达300％的体积膨胀以及由此而引起的材料粉化问题依然没有很好的解决方案。学界普遍采取纳米化硅材料并与具有缓冲硅体积膨胀的材料(例如石墨)复合的方式来缓解体积膨胀问题。但是学术界采取的制备纳米硅方法过程精巧复杂，不仅增加了成本，而且操作繁杂，难于转化到工业化生产。相对于Si，氧化亚硅(SiO)材料的体积膨胀(200％)要低于Si，并且SiO在首次嵌锂过程中中会形成硅酸锂物相，例如Li₂SiO₃，Li₄SiO₄等，这些材料具有一定的离子导电性，并且可以缓冲体系的体积膨胀。此外，SiO材料成本较纳米Si要低廉。因此，SiO被视为高比能锂离子电池理想的负极材料，然而其嵌锂过程中会形成硅酸锂物相会不可逆的消耗部分锂，造成电池首次库伦效率偏低，限制了其在锂离子电池中的应用。

为了改善SiO材料负极材料的性能，首先必须要解决其首次库伦效率低下的问题。目前解决这一问题的方法有材料表面包覆、离子掺杂、电解液匹配等。然而，这些手段对于改善SiO首次库伦效率十分有限。当前，学术界的做法是借鉴对Si预锂的方法，对SiO进行预锂，将电极循环第一次嵌锂过程的不可逆消耗锂反应提前至材料制备阶段，通过电化学预锂方式实现，但这一方法过程复杂，效率低，成本高，难以实现规模化生产。

当前，解决SiO材料首次库伦效率低的问题还处在研究起步阶段，并无十分有效的方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料及其制备方法，所述制备方法简单、安全、成本低，易于操作和工业化生产，得到的复合负极材料可逆容量高，循环性能优良，首次库伦效率高。

本发明提出的一种氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料，其包括作为活性物质的氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料和包覆在氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料外的无机物包覆层。

优选地，所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料在复合负极材料中的重量含量为90-95％，无机物包覆层在复合负极材料中的重量含量为5-10％。

优选地，其粒子尺寸D50为5-10μm。

本发明还提出的一种所述氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、取氧化亚硅和锂元素的无机化合物球磨0.5-3h，在保护气体的环境下烧结1-10h，其中，烧结温度为400-800℃，冷却后得到氧化亚硅/硅/偏硅酸锂复合材料；