[发明专利]一种富锂硅基锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富锂硅基锂离子电池负极材料及其制备方法，其中负极材料由基材、复合材料和包覆材料组成，所述基材为氧化亚硅，所述复合材料由硅粉和氧化锂复合而成，所述包覆材料为在氧化亚硅表面进行包覆的碳材料。所述方法包括以下步骤：将硅粉与氧化锂复合，得到复合材料；在氧化亚硅表面进行碳包覆，得到包覆材料；按照预设配比，将复合材料和包覆材料混合均匀，球磨，得到所述富锂硅基锂离子电池负极材料。本发明利用单质硅还原氧化锂得到锂单质，对氧化亚硅负极材料进行掺杂，为首次循环提供过量的锂，避免首次循环库伦效率低导致的能量密度降低，本发明中以碳材料对氧化亚硅进行包覆，可以弥补氧化亚硅地电导率的缺点。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种富锂硅基锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为当前能量密度最高的电能储存技术手段，在移动电子设备、电动车、储能设备等多个领域都具有广泛的应用。应用市场的蓬勃发展和需求的日益增加，也对锂离子电池的能量密度、容量密度、功率密度等多项技术指标提出了更高的要求。

作为锂离子电池的负极材料，石墨以其低电平、廉价和循环性能出色等优势，被最广泛地应用，但石墨的理论容量(372mAh/g)有限，直接影响电池能量密度的提升。

为实现高能量密度，硅单质材料以4200mAh/g的理论容量成为关注的焦点，但硅材料在锂嵌入和脱嵌这一循环过程中表现出巨大的体积变化(300％)，并会导致硅单质的粉化，对材料结构的稳定性和锂离子电池的安全性和循环寿命都造成了巨大的影响。而硅氧材料拥有相对较低的体积变化，且实际运用过程中生成的二氧化硅惰性材料可以为体积变化提供缓冲，具备更大的潜力。但硅氧基负极材料的首次循环效率偏低，需要对体系中的锂进行补充；同时硅氧材料导电性差，需要进行碳包覆以提升电导率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种富锂硅基锂离子电池负极材料，可以对体系中的锂进行补充，避免首次循环库伦效率低导致的能量密度降低的问题发生。

本发明的技术方案为：一种富锂硅基锂离子电池负极材料，由基材、复合材料和包覆材料组成，所述基材为氧化亚硅，所述复合材料由硅粉和氧化锂复合而成，所述包覆材料为在氧化亚硅表面进行包覆的碳材料。

作为优选，所述基材、复合材料和包覆材料的质量比例为50-x:y:x，其中0.5<x<7.5，5<y<15。

作为优选，所述包覆材料中碳的含量为1～15％，所述包覆材料中包覆的厚度为0.1～20μm。

作为优选，所述所述氧化亚硅为SiO_x，其中0.5<x<1.5，颗粒大小为0.5～20μm。

作为优选，所述包覆材料中的碳源为蔗糖、天然沥青、人造沥青、维生素C、聚氯、酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂以及脲醛树脂中的一种或多种。

本发明还提供了一种上述的富锂硅基锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅粉与氧化锂复合，得到复合材料；

(2)通过包覆材料在氧化亚硅表面进行包覆，得到包覆有碳材料的氧化亚硅；

(3)按照预设配比，将复合材料和包覆有碳材料的氧化亚硅混合均匀，球磨，得到所述富锂硅基锂离子电池负极材料。

作为优选，所述步骤(1)中将硅粉与氧化锂混合均匀之后，进行硅热法炼锂，得到反应产物，然后再将反应产物转移至超声波反应釜中，并在惰性气体的保护下进行超声反应，得到所述复合材料。

作为优选，所述硅粉的颗粒大小为1～30μm。