[发明专利]一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，该方法以真空电弧炉熔炼结合球磨的方法为基础，主要步骤为：1)按质量比先称取一定量的金属铜粒、硅块和含磷14wt％的Cusubgt;3/subgt;P；2)利用真空电弧熔炼炉火焰枪头对混合材料进行持续加热，直至完全熔化成合金锭；3)破碎合金锭，在手套箱氩气保护下，将敲碎后的粉料放入球磨罐里面，再进行球磨，最后得到所需负极材料。本发明通过铜与硅形成导电且不活跃的合金相Cusubgt;3/subgt;Si，以及掺磷的方式增加了硅基材料的电导率的方式，提高了硅作为负极材料的循环性能和可逆容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法。

背景技术

可充电锂离子电池(LIBs)因其具有高能量密度和长循环寿命的特点，因此对于下一代储能设备的发展至关重要。硅(Si)由于具有最高的理论比容量(～4200mAh/g)、低工作电压(～0.4Vvs.Li/Li⁺)、高自然丰度和环境友好性的优势，因此已被视为替代目前商业化的石墨阳极的有前途的候选材料之一。

然而，硅基阳极的主要挑战包括电极的开裂和粉碎，粒子间电接触的丧失，以及在锂化/脱锂过程中由于巨大的体积变化(300％)造成的断裂表面上固体电解质间相(SEI)层的再生，这往往导致硅基阳极的快速容量衰减和严重的循环寿命降低。利用磷掺杂硅提高导电性从而提高硅基材料性能是一种很好的选择，例如，公开号CN113644238A的专利文献公布了一种在高温下进行化学气相沉积从而使磷掺杂硅基粉体材料的制备方法；公开号为CN109659499A的专利文献记载，利用草酸铜原位生长纳米铜缓解了纳米硅粉的大体积膨胀和差导电率，从而提高电极的循环稳定性优异。

现有利用磷掺杂硅提高导电性的电极材料制备方法存在操作繁琐、材料复杂、硅材料的导电性能差的问题，因此，发明人提出一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，具有易于操作、材料简单、有效改善硅材料的导电性能的优点。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术中存在的上述问题，提供一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，以磷掺杂硅铜合金为负极材料。在高温下Cu与Si形成Cu₃Si相，Cu₃Si相导电且不活跃，因此可以作为缓冲介质，抑制了锂化/脱锂过程中Si的体积变化，促进了稳定的固体电解质界面(SEI)层的形成；同时P掺杂进入硅铜合金中，有效改善硅材料的导电性能。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按质量比分别称取一定量的金属铜粒、硅块和Cu₃P；

2)将金属铜粒、硅块和Cu₃P混合材料置于真空电弧熔炼炉中，利用电弧熔炼炉中的火焰枪头对准合金物料进行持续加热，直至完全熔化成合金锭；

3)将合金锭敲碎，在手套箱通氩气保护下将敲碎后的细小颗粒硅铜合金粉料放入球磨罐里面，再将球磨罐放入行星球磨机进行球磨，得到褐色粉末即为所需的负极材料。

进一步地，如上所述锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，步骤1)中，所述金属铜粒为纯铜颗粒，纯度≥99.99％；所述硅块为工业高纯硅废料；所述Cu₃P中P的占比为14wt％。

进一步地，如上所述锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，步骤1)中，所述金属铜粒、硅块的质量比为1:8～10，所述Cu₃P中P含量占混合材料总重的0.1～0.5wt％。

进一步地，如上所述锂离子电池磷掺杂硅铜合金负极材料的制备方法，所述金属铜粒、硅块的质量比为1:9。