[发明专利]一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池，所述制备方法，包括以下步骤：将硅氧化物和碳酸锂混合后，在常压下升温至550～650℃下进行烧结，烧结完成后，球磨得到锂离子电池负极材料；所述硅氧化物为SiO_x，其中，1≤x≤2。在低温常压烧结中，原料碳酸锂可以和硅氧化物反应，生成硅酸锂晶体，由于烧结温度较低，硅氧化物内部的活性硅不会与碳酸锂反应，避免了材料活性容量的损失，通过后续的球磨可以有效提高材料的首次库伦效率。另外，由于本发明的烧结在低温常压下进行，有效节约了能源，对设备要求缓和。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是目前电动汽车的主要储能方式。随着人们对电动汽车的要求逐渐升高，锂离子电池的能量密度也就需要进一步提高。目前商业化的动力锂离子电池的负极材料主要采用石墨，但石墨的理论比容量只有372mAh g^-1，且也已被发挥到极限。想要进一步提高能量密度，就必须采用更高比容量的负极材料。

硅的理论比容量高达3580mAh g^-1，但其在嵌锂时的膨胀率达到300％，使其结构严重破坏，甚至粉化，容量急剧下降。硅氧化物具有接近2000mAh g^-1的理论比容量，是一种由纳米级别的硅和二氧化硅组成的物质。由于纳米硅分散于二氧化硅之中，其嵌锂和脱锂过程中的膨胀得到抑制，循环性能得到明显提升。但在硅氧化物首次嵌锂过程中，材料中的二氧化硅也会嵌锂生成硅酸盐。由于硅酸盐是不可脱锂的物质，导致嵌入的锂不能得到脱出，致使首次脱锂容量降低，即首次库伦效率降低。

为了提高硅氧化物的首次库伦效率，可以将硅氧化物里的二氧化硅预先反应，生成硅酸锂，从而得到一种硅氧化物复合物。目前，生成硅氧化物复合物的方法主要是如专利CN 108321362 A和专利CN 106356508 A中采用的高温下将硅氧化物变成气体，再通入含锂的气体，以此来提升首次库伦效率。然而，这种方法存在一些不可避免的缺点。反应需要在极低压力下(5Pa)进行，这将增加装置的复杂程度，整个操作流程也相对复杂。气化硅氧化物需要1600℃的温度，反应温度较高，实验的能耗将急剧增加。在高温下，硅氧化物内部的活性硅也会和含锂的盐反应，导致材料活性容量损失，首次库伦效率仍然有待于提高。

另根据文献Journa lof Power Source188(2009)574-577报道，作者采用了氢氧化锂(LiOH)和硅氧化物复合生成了硅酸锂。结果表明，材料的循环性能得到改善，但首次库伦效率并没有提升。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池，本发明制备的锂离子电池负极材料的首次库伦效率较优。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

将硅氧化物和碳酸锂混合后，在常压下升温至550～650℃下进行烧结，烧结完成后，球磨得到锂离子电池负极材料；

所述硅氧化物为SiO_x，其中，1≤x≤2。

优选的，所述硅氧化物的颗粒尺寸为1～5μm。

优选的，所述混合后，还包括研磨均匀。

优选的，所述升温的速率为2～15℃/min。

优选的，所述烧结在惰性气氛下进行；所述烧结的时间为2～12h。

优选的，所述硅氧化物和碳酸锂的摩尔比为1：0.5～1。

优选的，所述球磨具体为：

将所述烧结后的产物与球磨珠按照质量比为1：10～20混合，置于碳化钨球磨罐中进行球磨。