[发明专利]一种具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料及其制备方法以及应用

说明书

本发明提供了一种具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料，由内至外依次包括：预锂化的氧化亚硅内核、氧化亚硅包覆层以及无定形碳包覆层。本发明提供的具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料中，预锂化的氧化亚硅内核，可以提高电池的首次充放电效率以及电池的循环性能。中间层氧化亚硅包覆层可以包覆住表面残碱量高的预锂化氧化亚硅材料，从而降低材料表面的残碱含量，改善加工性能和循环性能。最外层的无定形导电碳可以提高氧化亚硅负极材料的导电性，改善氧化亚硅负极材料导电性差的问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料及其制备方法以及应用。

背景技术

在当今锂离子电池工业中，负极主材主要是石墨，但石墨理论克容量较低(372mAh/g)，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。氧化亚硅因其具有较高的克容量(2600mAh/g)受到广泛的关注，但由于氧化亚硅在首次循环过程中会形成不可逆的硅酸盐从而造成较低的首次库伦效率，同时，材料本身较高的体系膨胀效应，严重限制了氧化亚硅的实际应用。

材料预锂化是解决氧化亚硅首次库伦效率低的方法之一。但材料预锂化后，材料表面易存在残碱，材料表面pH升高，从而影响预锂化后氧化亚硅材料的加工性能以及循环性能。

材料预锂化后进行表面包覆是改善材料加工性能以及易产气的方法之一。授权号CN112701267B公布了一种内层Li₂SiO₃，中间层Li₂Si₂O₅，最外层为碳层的复合结构，降低材料表面pH值，提高了材料的加工性能以及循环性能。但材料预锂化采用有机锂盐，预锂化条件要求高，有毒、成本高。

CN202011192614.6制备的预锂化后氧化亚硅/碳复合材料，能够提高氧化亚硅的首次充放电效率以及循环性能，但是无法改善材料表面残碱量高带来的加工性能差、循环易产气的缺陷。

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具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料及其制备方法以及应用，本发明提供的氧化亚硅负极材料可以降低材料表面的残碱量，提高材料的加工性能，具有较高的首次库伦效率以及循环性能。

本发明提供了一种具有核壳结构的预锂化氧化亚硅负极材料，由内至外依次包括：预锂化的氧化亚硅内核、氧化亚硅包覆层以及无定形碳包覆层。

本发明还提供了一种上述预锂化氧化亚硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将氧化亚硅进行预锂化处理，得到预锂化的氧化亚硅内核；

B)在所述预锂化的氧化亚硅内核表面包覆一层氧化亚硅层，得到氧化亚硅包覆层；

C)在所述氧化亚硅包覆层表面包覆一层无定形碳层，得到无定形碳包覆层。

优选的，步骤A)为：

将氧化亚硅与锂源化合物混合，在惰性气氛条件下进行预锂化，得到预锂化的氧化亚硅内核。

优选的，所述预锂化的氧化亚硅内核的粒径为2μm～25μm。

所述锂源化合物选自碳酸锂、醋酸锂、氧化锂、氯化锂和氢氧化锂中的一种或多种。

所述氧化亚硅与锂源化合物的质量比为1～50：1。

所述惰性气氛条件选自氦气或氩气。

所述预锂化的温度为200～1000℃；所述预锂化的时间为2～24h。

优选的，步骤B)为：

将氧化亚硅与所述预锂化的氧化亚硅内核混合，在惰性气氛条件下进行热处理，在所述预锂化的氧化亚硅内核表面包覆一层氧化亚硅层，得到氧化亚硅包覆层。