[发明专利]一种锂离子电池所用补锂多孔一氧化硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池所用补锂多孔一氧化硅负极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。技术方案是其制备过程为：所述的补锂多孔一氧化硅负极材料呈现核壳结构，内核为多孔一氧化硅，外壳为掺氮碳材料，其外壳的厚度50～500nm。本发明在多孔一氧化硅表面均匀沉积一层碳层，从而避免多孔一氧化硅直接与电解液接触，降低其副反应的发生机率，并提盖其导电性，同时由于采用氮掺杂碳物质，可以进一步提高其包覆层的导电性，从而提高其补锂多孔硅碳复合的倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池所用补锂多孔一氧化硅负极材料及其制备方法，属于锂离子电池材料制备技术领域。

背景技术

随着市场对锂离子电池能量密度要求的提高，要求锂离子电池所用负极材料具有高的比容量及其循环性能，目前锂电池常用的负极主要是石墨类材料，其理论容量只有372mAh/g，远远满足不了300WH/g高比能量密度锂离子电池对负极的需求。硅材料（纳米硅、硅氧化合物）作为一种储量丰富，来源广泛，是一种理想的锂电池负极材料，但是硅作为负极材料也有一些缺点：膨胀率高、导电率差及其吸液能力偏差，造成其循环性能及其倍率性能偏差影响其使用。而解决以上问题最常用的方法之一是将硅多孔化，形成多孔硅或多孔硅金属合金，不仅可以缓解储锂过程中的体积膨胀，而且多孔硅中分散的金属可以增强其导电性，提高其倍率性，同时再进行硅基材料预锂化提高其材料的首次效率，最终提高其硅碳复合材料的循环性能及其能量密度；比如专利（申请号：201711008723.6）公开了一种锂电池负极材料纳米多孔硅的制备方法，其主要通过真空热处理制备出多孔纳米硅材料，以提高材料的比能量和循环性能，但是采用纳米硅存在首次效率低及其导电率差影响其倍率性能及其材料的首次效率发挥；专利（申请号：201310007838.9）公开了一种锂离子电池一氧化硅/碳复合负极材料的制备方法，其制备方法为以正硅酸乙酯为硅源，采用溶胶-凝胶法和常压干燥工艺制备具有干凝胶或气凝胶结构的多孔一氧化硅，对多孔一氧化硅进行球磨处理，并通过碳包覆和热处理，制备出纳米一氧化硅/碳复合负极材料，其制备出的多孔孔径分布不均匀，制备过程复杂及其首次效率偏低，影响其循环性能。由以上可以看出，现有的制备多孔一氧化硅或制备过程工艺复杂，成本高，一致性差、且首次效率偏低，导致其性能难以大幅度的提高，且这些方法往往不适合规模化生产，阻碍了多孔硅负极材料的产业化进程。综上，现有的制备多孔硅的方法中仍存在工艺复杂、成本高、效率低、性能难以大幅度提高等缺陷，为此，亟需一种能够解决上述问题的纳米多孔硅制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池所用补锂多孔一氧化硅负极材料及其制备方法，通过真空蒸发法和预锂化技术制备出预锂化的多孔一氧化硅及其复合材料，以降低材料的膨胀率，及其提高材料的导电性和吸液能力，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种锂离子电池所用补锂多孔一氧化硅负极材料的制备方法，其特别之处在于：补锂多孔一氧化硅负极材料呈现核壳结构，内核为多孔一氧化硅，外壳为掺氮碳材料，其外壳的厚度50～500nm；其制备过程为：

将一氧化硅和纳米金属添加到球磨机中，磨球直径1～6mm，球料比为7～10：1，球磨转速500～600转/min，球磨12～48h，得到一氧化硅合金材料A；之后将一氧化硅合金材料A置于真空热处理炉中，真空度保持在0.01～10Pa之间，然后加热，温度保持在600～1600℃之间，并保温0.1～10h，得到多孔一氧化硅材料B；将多孔一氧化硅材料B自然降温到600～800℃，之后通入碳源气体和氮源气体，并在600～800℃温度下保持1～6h，之后自然降温到室温得到多孔一氧化硅复合材料C；将多孔一氧化硅复合材料C与惰性锂粉混合，添加到球磨机中，在惰性气氛下球磨1～12h，得到补锂多孔一氧化硅复合材料D，即补锂多孔一氧化硅负极材料。

所述的纳米金属为铝、铁、金、镍、锌、铬、铋、钡、钙、镁或锑中的一种或其中几种的混合物，粒径为100～1000nm。

所述的一氧化硅和纳米金属的质量比为，一氧化硅：纳米金属=100：1～10。