【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰電池材料，特別涉及一種預鋰化硅碳負極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、碳基負極材料因其優異的導電性、低成本與合適的儲鋰位點等特點成為商業上最成功的鋰離子電池負極材料，但低比容量和嵌鋰倍率差等問題促使開發新型高容量負極材料成為現階段的研究重點。
2、硅負極理論容量是石墨負極材料理論容量(372mah/g)的10倍多，高達4200mah/g，且硅在大自然中儲量豐富，故成為最有望替代石墨負極材料的新型負極材料。研究表明，多孔硅碳負極材料能夠有效改善鋰離子電池反應過程中導電性差和體積膨脹的問題，但對于高比能硅負極材料而言，電池循環過程中se?i膜的不斷消耗和生成會造成體積變化劇烈，且嚴重降低電池首次充電效率。
3、因此，需要開發一種可以大規模生產、應用的預鋰化負極材料，從而解決硅碳負極材料首周庫倫效率低的問題。
技術實現思路
1、本專利技術實施例提供了一種預鋰化硅碳負極材料及其制備方法和應用，通過在多孔碳的孔隙中預先沉積鋰金屬顆粒得到預鋰化多孔碳，之后再在孔隙中沉積硅顆粒，其中，多孔碳具有高強度和高硬度，能夠有效改善含硅顆粒在充放電過程中的體積膨脹；而提前對多孔碳進行預鋰化，一方面可以使材料在循環過程中快速補充鋰離子，提高材料的首圈庫倫效率，另一方面相比于鋰和硅同時沉積的情況，先預鋰化能夠增加硅沉積的均勻性，進而使材料的電化學性能更加穩定。
2、第一方面，本專利技術實施例提供了一種預鋰化硅碳負極材料，所述預鋰化硅碳負極材料包括：復合
3、所述復合顆粒的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為85％-99％；
4、所述復合顆粒為預鋰化多孔碳與納米硅顆粒的復合物；所述復合顆粒是通過在所述預鋰化多孔碳的孔隙中均勻沉積納米硅顆粒獲得；所述預鋰化多孔碳的質量占所述復合顆粒總質量的百分比為15％-95％；
5、所述預鋰化多孔碳包括鋰金屬顆粒和多孔碳，其中，所述鋰金屬顆粒附著在所述多孔碳的孔隙的表面；所述鋰金屬顆粒的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比0.1％-10％。
6、優選的，所述表面包覆層的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為1％-15％；
7、所述納米硅顆粒的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為5％-75％。
8、優選的，所述預鋰化硅碳負極材料的粒徑d50在1nm-80μm之間；所述多孔碳的孔隙的孔徑在0.1nm-300nm之間；所述多孔碳的孔隙率在30％-95％之間。
9、第二方面，本專利技術實施例提供了一種上述第一方面所述的預鋰化硅碳負極材料的制備方法，所述制備方法包括：
10、將含鋰化合物與多孔碳充分混合均勻得到混合物料，之后在保護氣氛下將混合物料置于高溫爐中進行熱處理，使混合物料汽化，沉積后，得到多孔碳的孔隙表面附著鋰金屬顆粒的預鋰化多孔碳；
11、在保護氣氛下，向高溫爐中通入含硅元素的氣體，預鋰化多孔碳與含硅元素的氣體進行高溫煅燒，使多孔碳的孔隙中沉積納米硅顆粒得到復合顆粒；
12、對復合顆粒進行表面包覆處理，得到預鋰化硅碳負極材料。
13、優選的，所述含鋰化合物包括：碳酸鋰、硼氫化鋰、氨基鋰、氫化鋰、氫氧化鋰中的一種或多種；
14、所述保護氣氛包括氮氣氣氛和/或氬氣氣氛；
15、所述含硅元素的氣體包括：甲硅烷、乙硅烷、四氟硅烷、氯硅烷中的一種或多種。
16、優選的，所述將含鋰化合物與多孔碳充分混合均勻的方法包括固相混合法或液相混合法；
17、所述固相混合法的具體過程為：將所述含鋰化合物與所述多孔碳置于混合設備中混合均勻；
18、所述液相混合法的具體過程為：將所述含鋰化合物與所述多孔碳粉末均勻分散在有機溶劑中，之后置于混合設備中混合均勻；所述有機溶劑包括：二甲基甲酰胺、四氫呋喃、氯仿、二甲基亞砜中的一種或多種；
19、所述混合設備均為球磨機、高速混合機、超聲分散機中的任一種設備。
20、優選的，所述熱處理的條件為：以3℃/min-5℃/min的升溫速率升溫至300℃-2000℃，保溫30min-24小時；
21、所述高溫煅燒的條件為：以3℃/min-5℃/min的升溫速率升溫至300℃-2500℃，保溫30min-12小時。
22、優選的，所述表面包覆的方法包括：氣相包覆、液相包覆或固相包覆中的一種；
23、所述液相包覆或固相包覆的材料包括：葡萄糖、蔗糖、液體瀝青、酚醛樹脂、聚偏氟乙烯、檸檬酸、聚乙烯醇、聚環氧乙烷peo、聚丙烯腈pan、聚偏氟乙烯pvdf、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、聚環氧丙烷ppo、聚偏氯乙烯pvdc、磷酸鈦鋁鋰latp、六水氯化鋁、硝酸鋁、醋酸鋁中的一種或多種；
24、所述氣相包覆的材料包括：甲烷、乙烯、丙烯、乙炔、天然氣中的一種或多種；
25、所述表面包覆的溫度范圍在500℃-1000℃之間，保溫時間在30min-16小時之間；
26、所述表面包覆層的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為1％-15％。
27、第三方面，本專利技術實施例提供了一種負極極片，所述負極極片包括上述第一方面所述的預鋰化硅碳負極材料。
28、第四方面，本專利技術實施例提供了一種鋰電池，所述鋰電池包括上述第三方面所述的負極極片。
29、本專利技術實施例提供了一種預鋰化硅碳負極材料及其制備方法和應用，通過在多孔碳的孔隙中預先沉積鋰金屬顆粒得到預鋰化多孔碳，之后再在孔隙中沉積硅顆粒，其中，多孔碳具有高強度和高硬度，能夠有效改善含硅顆粒在充放電過程中的體積膨脹；而提前對多孔碳進行預鋰化，一方面可以使材料在循環過程中快速補充鋰離子，提高材料的首圈庫倫效率，另一方面相比于鋰和硅同時沉積的情況，先預鋰化能夠增加硅沉積的均勻性，進而使材料的電化學性能更加穩定。
30、本專利技術實施例提供的預鋰化硅碳負極材料的制備方法，操作簡單，成本低，可適用于工業化生產。
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1.一種預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化硅碳負極材料包括：復合顆粒，以及包覆于所述復合顆粒外表面的表面包覆層；
2.根據權利要求1所述的預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述表面包覆層的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為1％-15％；
3.根據權利要求1所述的預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化硅碳負極材料的粒徑D50在1nm-80μm之間；所述多孔碳的孔隙的孔徑在0.1nm-300nm之間；所述多孔碳的孔隙率在30％-95％之間。
4.一種上述權利要求1-3任一所述的預鋰化硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述含鋰化合物包括：碳酸鋰、硼氫化鋰、氨基鋰、氫化鋰、氫氧化鋰中的一種或多種；
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述將含鋰化合物與多孔碳充分混合均勻的方法包括固相混合法或液相混合法；
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述熱處理的條件為：以3℃/min-5℃/min的升溫速率升溫至300℃
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述表面包覆的方法包括：氣相包覆、液相包覆或固相包覆中的一種；
9.一種負極極片，其特征在于，所述負極極片包括上述權利要求1-3任一所述的預鋰化硅碳負極材料。
10.一種鋰電池，其特征在于，所述鋰電池包括上述權利要求9所述的負極極片。
...【技術特征摘要】
1.一種預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化硅碳負極材料包括：復合顆粒，以及包覆于所述復合顆粒外表面的表面包覆層；
2.根據權利要求1所述的預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述表面包覆層的質量占所述預鋰化硅碳負極材料總質量的百分比為1％-15％；
3.根據權利要求1所述的預鋰化硅碳負極材料，其特征在于，所述預鋰化硅碳負極材料的粒徑d50在1nm-80μm之間；所述多孔碳的孔隙的孔徑在0.1nm-300nm之間；所述多孔碳的孔隙率在30％-95％之間。
4.一種上述權利要求1-3任一所述的預鋰化硅碳負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述含鋰化合物包括：碳...
【專利技術屬性】
技術研發人員：雒甜蜜，殷營營，劉柏男，羅飛，
申請(專利權)人：溧陽天目先導電池材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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