[发明专利]一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法及锂电池

说明书

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，特别涉及一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法及锂电池，包括以下步骤：A、将粒径为微米级别的金属铝或硅铝合金与粒径为微米级别的SiOx按照1:0.5‑5的质量比进行球磨混合；B、将混合好的粉末在保护气体的气氛中加热到600‑900℃利用气相沉积法进行表面碳包覆反应20‑300min，得到锂电池负极材料粉末，其具有生产成本低，得到的负极材料具有容量高、首次库伦效率大、循环效果好的优点。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，特别涉及一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法及锂电池。

背景技术

近年来各领域对电池能量密度需求飞速提高，尤其要求新能源汽车不断提高续航里程，目前迫切需要开发更高能量密度的锂离子电池。高能量密度的锂离子电池主要从三个方向发展：正极材料、负极材料和电解液。而对高能量密度的正负极材料的开发已成为各大企业及研究机构的发展重点。

现在商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，石墨的理论比容量为372mAh/g，而市场上高端石墨材料已达360-365mAh/g，石墨的能量密度提升空间已极为有限。因此，硅基负级材料因其具有较高的理论比容量（高温4200 mAh/g，室温3580 mAh/g）、低的脱嵌电位（＜0.5V）、环境友好、储量丰富、成本较低等优势而被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂电池负极材料。但硅基负级材料在嵌锂过程中存在较大的体积变化和不稳定的SEI膜持续生成的问题，导致硅负极材料循环性能极差。为解决上述问题，硅纳米化及硅碳复合和氧化亚硅等成为现研究的主要方向。

氧化亚硅或硅材料利用碳包覆，可伸缩的碳包覆层可有效抑制硅材料充放电过程中的体积膨胀，相对于氧化亚硅和硅原料，碳包覆过程对材料的电化学性能有不同程度的提高。但由于氧化亚硅的导电性较差，具有先天的首次库伦效率较低的问题，硅负极充放电过程中体积变化大和循环较差的问题虽然能通过碳包覆得到部分提高，但不能消除库伦效率较低的问题，而纳米硅会有易团聚造成包覆不均匀的问题。即便氧化亚硅和硅掺杂，也不能解决硅材料首次库伦效率低和容量保持率差的问题。

除了碳包覆之外，还有关于氧化铝包覆的研究，氧化铝包覆层可以抑制电解液在硅基负极材料表面的分解，形成更稳定的固体电解质膜。通过原子层沉积技术包覆氧化铝，可以达到原子水平的均匀包覆，但原子层沉积技术需使用易燃易爆的有机铝化合物和复杂的真空控制系统，成本高，效率低，且对粉末材料的包覆比较困难。

为了解决这个技术问题，中国发明专利申请201610399056.8,一种氧化铝包覆硅负极材料的制备方法，在含氧气氛下，将纳米硅粉经过500-1000℃的热处理，得到预氧化的纳米硅，然后将纳米硅和铝粉与锡粉混合经过400-900℃热处理得到中间体，最后将中间体用酸或氧化剂处理，得到氧化铝包覆硅负极材料，其中，要求铝粉与锡粉总质量的百分数大于0且小于80%，即该方法中，必须包含有锡，且纳米硅粉的粒径在1nm-500nm之间。

该方法避免了有机铝化物的危险性和复杂的真空控制系统，但该方案依然存在一个较大的问题，因为纳米硅的制备成本较高，普遍市场价格的最低价格都要在6000-7000元/kg左右，粒径越小，纯度越高，则价格会更高，甚至要达到每千克要好几万的程度，而在锂电池技术领域，纳米硅的纯度要求肯定是越高越安全。因此即便纳米硅对于循环性能有提高，但由于其昂贵的价格，目前更多的是出于研究试验阶段，无法实际投入到量化生产中。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法，其具有生产成本低，得到的负极材料具有容量高、循环效果好的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高容量高循环的锂电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将粒径为微米级别的金属铝或硅铝合金与粒径为微米级别的SiOx按照1:0.5-5的质量比进行球磨混合；