本發明專利技術屬于電池技術領域，公開了一種鉬酸鋰包覆硅負極材料及其制備方法和應用。本發明專利技術鉬酸鋰包覆硅負極材料具有核殼結構，其中，內核包括硅粉，外殼包括鉬酸鋰。本發明專利技術提供的鉬酸鋰包覆硅負極材料，可以改善硅和硫化物固態電解質的界面問題，提升導電性能，減小內阻，提高倍率性能，并且鉬酸鋰外殼還能在一定程度上抑制硅的體積膨脹，減少活性材料鋰化脫鋰過程中的體積變化對活性材料與硫化物固態電解質接觸性的破壞，改善材料的循環穩定性和倍率性能，使得硅材料能更好的應用于硫化物固態電池。
1、近年來，隨著新能源汽車、電子通訊設備和大規模儲能電網的發展，便攜式電子產品和電動汽車等迫切需要具有高容量、長壽命、高穩定并具有快速充放電性能的鋰離子電池。為了進一步擴大市場，例如可再生能源的固定儲能和汽車以外的大型車輛，電池必須具有比目前更高的能量密度和安全性能。鑒于目前使用液態電解質的鋰離子電池無法滿足對能量密度和安全性大幅增加的需求，開發新一代電池具有重要意義。硫化物全固態鋰電池基于不可燃硫化物固態電解質，有望通過獨特的雙極堆疊方式提高能量密度，并緩解安全問題。然而，基于傳統licoo2正極和石墨負極的電池已經達到了能量密度的理論極限。采用高容量電極材料是發展高能硫化物全固態鋰電池的迫切需要。
2、硅是提高下一代鋰離子電池重量能量密度最有前途的負極材料，硅一直被探索作為硫化物固態電池的負極材料或負極成分，但其在硫化物固態電池中的倍率性能和循環性能較差。其較差的倍率性能是由于硅與硫化物固態電解質的界面問題：在循環過程中，硫化物固態電解質在低電位硅表面會發生還原生成低離子電導率的li2s、lip等，包覆在si表面，使得硅負極離子導電率降低，電池內阻增大，倍率性能降低；而較差的循環性能則是由于硅嵌鋰脫鋰過程中發生300％左右的體積膨脹，過大的體積膨脹導致硅與硫化物固態電解質空隙不斷擴大，兩者之間的接觸不斷變差，使得兩者之間的電子、離子傳輸不斷變差，導致循環性能的迅速衰減。
>1、本專利技術旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本專利技術提供一種鉬酸鋰包覆硅負極材料及其制備方法和應用，該鉬酸鋰包覆硅負極材料能與硫化物固態電解質實現優異的接觸，改善硅與硫化物固態電解質的界面問題，可以提高材料的離子傳輸速率，實現鋰離子的快速傳輸，減小硅負極的極化，提高硫化物固態電池的倍率性能和循環穩定性。2、本專利技術第一方面，提供一種鉬酸鋰包覆硅負極材料，所述鉬酸鋰包覆硅負極材料具有核殼結構，其中，內核包括硅粉，外殼包括鉬酸鋰。
3、具體的，鉬酸鋰作為具有優異的離子電導性能材料，本專利技術通過將其作為包覆材料包覆于硅材料表面，可以改善硅和硫化物固態電解質的界面問題，提升導電性能，減小內阻，提高倍率性能，并且鉬酸鋰外殼還能在一定程度上抑制硅的體積膨脹，減少活性材料鋰化脫鋰過程中的體積變化對活性材料與硫化物固態電解質接觸性的破壞，改善材料的循環穩定性和倍率性能，使得硅材料能更好的應用于硫化物固態電池。
4、在本專利技術的一些實施方式中，所述硅粉的質量占所述鉬酸鋰包覆硅負極材料質量的80～95％，例如可以是80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、95％中的任意點值，或者是兩個任意點值之間的范圍值。
5、在本專利技術的一些實施方式中，所述硅粉的d50粒徑＜100μm，優選為30nm～50μm，例如可以是30nm、50nm、100nm、1μm、50μm中的任意點值，或者是兩個任意點值之間的范圍值。本專利技術通過篩選合適的粒徑，可以實現更小的空隙率控制。
6、在本專利技術的一些實施方式中，所述外殼的厚度為5～100nm，例如可以是5nm、15nm、25nm、35nm、45nm、55nm、65nm、75nm、85nm、100nm中的任意點值，或者是兩個任意點值之間的范圍值。
7、本專利技術第二方面，提供本專利技術第一方面所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料的制備方法，包括以下步驟：
8、s1、將硅粉和溶劑混合，超聲攪拌，得到分散液；
9、s2、將氫氧化鋰、鉬酸和所述分散液混合，超聲攪拌，得到混合液；
10、s3、將所述混合液進行干燥，煅燒，得到所述鉬酸鋰包覆硅負極材料。
11、具體的，本專利技術利用鉬酸和氫氧化鋰在硅材料的分散液中發生中和反應，使得生成的鉬酸鋰均勻分散在硅材料表面，然后去除溶劑，經高溫煅燒得到鉬酸鋰包覆硅負極材料。均勻包覆的鉬酸鋰可以避免硅與硫化物固態電解質的接觸，其較高的導鋰性能可以提高硅材料的導鋰性能，降低界面電阻，并且改善硅材料和硫化物固態電解質的界面問題，減少副反應，從而改善硅負極在硫化物固態電池中的倍率性能；其次鉬酸鋰形成的硬質外殼能緩解硅鋰化脫鋰過程中的體積膨脹收縮，抑制硅與硫化物固態電解質之間的接觸失效，有效改善硅負極材料在硫化物固態電池中的循環穩定性。本專利技術使用鉬酸鋰均勻包覆硅材料表面，改善了硅負極在硫化物固態電池中的諸多缺點，對實現硫化物固態電池的商業化具有重要意義。
12、在本專利技術的一些實施方式中，所述步驟s2的過程包括：將氫氧化鋰加入所述分散液中，超聲攪拌，再加入鉬酸，超聲攪拌，得到混合液。
13、在本專利技術的一些實施方式中，所述步驟s2的過程包括：將鉬酸加入所述分散液中，超聲攪拌，再加入氫氧化鋰，超聲攪拌，得到混合液。
14、在本專利技術的一些實施方式中，所述超聲攪拌的轉速為500～1000rpm，優選為700～800rpm；所述攪拌的時間為0.1～1h，優選為0.5～1h。
15、在本專利技術的一些實施方式中，所述干燥前，還包括對所述混合液進行除溶劑的步驟，所述除溶劑的方式包括旋轉蒸發、冷凍干燥、離心洗滌中的一種或多種，優選為旋轉蒸發。
16、在本專利技術的一些實施方式中，所述干燥的過程包括：在溫度為60～100℃，優選為80～100℃；真空壓力為-0.04至-0.1mpa，優選為-0.1mpa的條件下干燥12～48h，優選為12～24h。
17、在本專利技術的一些實施方式中，所述煅燒的過程包括：在惰性氣體氛圍下，以3～8℃/min的升溫速率升溫至300～800℃，保溫0.5～10h。
18、在本專利技術的一些實施方式中，所述煅燒的過程包括：在惰性氣體氛圍下，以3～8℃/min的升溫速率升溫至300℃，保溫0.5～1h，再以3～8℃/min的升溫速率升溫至400～800℃，保溫2～4h。
19、在本專利技術的一些實施方式中，所述惰性氣體包括氬氣、氦氣、氮氣中的一種或多種。
20、在本專利技術的一些實施方式中，所述溶劑包括水。
21、在本專利技術的一些實施方式中，所述鉬酸選用一水合鉬酸。
22、在本專利技術的一些實施方式中，所述氫氧化鋰和硅粉的質量比為(1～10):100，例如可以是1:100、2:100、3:100、4:100、5:100、6:100、7:100、8:100、9:100、10:100中的任意點值，或者是兩個任意點值之間的范圍值。
23、在本專利技術的一些實施方式中，所述氫氧化鋰和鉬酸的摩爾比為1:(1～1.1)，例如可以是1:1、1:1.01、1:1.02、1:1.03、1:1.04、1:1.05、1:1.06、1:1.07、1:1.08、1:1.09、1:1.1中的任意點值，或者是兩個任意點值之間的范圍值。
24、本專利技術第三方面，提供一種固態電池，所述固態電池包括正極、負本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述鉬酸鋰包覆硅負極材料具有核殼結構，其中，內核包括硅粉，外殼包括鉬酸鋰。
2.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述硅粉的質量占所述鉬酸鋰包覆硅負極材料質量的80～95％。
3.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述硅粉的D50粒徑＜100μm。
4.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述外殼的厚度為5～100nm。
5.權利要求1至4任一項所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鋰和硅粉的質量比為(1～10):100。
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鋰和鉬酸的摩爾比為1:(1～1.1)。
8.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述干燥的過程包括：在溫度為60～100℃，真空壓力為-0.04至-0.1Mpa的條件下干燥12～48h。
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述煅燒的過程包括：在惰性氣體氛圍下，以3～8℃/min的升溫速率升溫至300～800℃，保溫0.5～10h。
10.一種固態電池，其特征在于，所述固態電池包括正極、負極和固態電解質，所述負極的材料包括權利要求1至4任一項所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料。
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【技術特征摘要】
1.一種鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述鉬酸鋰包覆硅負極材料具有核殼結構，其中，內核包括硅粉，外殼包括鉬酸鋰。
2.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述硅粉的質量占所述鉬酸鋰包覆硅負極材料質量的80～95％。
3.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述硅粉的d50粒徑＜100μm。
4.根據權利要求1所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料，其特征在于，所述外殼的厚度為5～100nm。
5.權利要求1至4任一項所述的鉬酸鋰包覆硅負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化鋰和...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊彪，鞠宇航，孫振，羅明，
申請(專利權)人：高能時代深圳新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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