一种高首效、长循环的硅氧负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料及化学电源，尤其是涉及一种高首效、长循环的硅氧负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着世界发展，人们对于清洁能源的需求越来越大，锂离子电池被逐渐应用于电动汽车，3c数码消费等各种各样的场所之中。在该领域中，电池材料性能是制约电池走向更高能量密度和循环寿命的两个核心难点。目前传统的石墨负极理论上只有372mah/g的比容量，要实现更高的能量密度就必须有更高比容量的材料进行替代，其中硅基负极材料被视为最有可能替代石墨的下一代材料。

2、硅基负极中的硅氧负极对比纯硅和一代硅碳负极具有更加优秀的结构设计和更小的体积膨胀，是目前高能量密度电池负极材料的首选。虽然市场上的硅氧负极比容量目前可以做到1700mah/g，实现了锂离子电池的能量密度巨大的跨越，但是其导电性能和首次库伦效率对比石墨较差，且在循环过程中，会出现比较大的体积变化，使得电池极片出现开裂，掉粉等不良情况，大幅减少电池的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高首效、长循环的硅氧负极材料及其制备方法，制备的硅氧负极材料循环寿命长，首次库伦效率高，制备工艺简单，成本低廉，适合工业化大规模生产。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高首效、长循环的硅氧负极材料，所述硅氧负极材料为核壳结构，其直径为5-10μm，由内核预锂化的氧化亚硅材料、外层包覆的碳材料和表面修饰的添加剂组成。

3、优选的，所述预锂化的氧化亚硅材料占硅氧负极材料的比重为50-90%，外层包覆的碳材料占硅氧负极材料的比重为5-40%，表面修饰的添加剂占硅氧负极材料的比重为1-30%。

4、本发明提供了一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、将沥青搅拌溶解于洗油中；

6、s2、将溶解后的沥青加入到氧化亚硅中，并使用融合机进行融合；

7、s3、对融合沥青后的氧化亚硅进行高温烧结，烧结后冷却过筛得到碳包覆后的氧化亚硅；

8、s4、将s3中碳包覆后的氧化亚硅与预锂剂充分混合后进行煅烧；

9、s5、将煅烧后的样品过筛去除大颗粒得到过筛后的预锂氧化亚硅；

10、s6、将酸洗剂溶解于水中，加入s5中过筛后的预锂氧化亚硅充分搅拌混合得到酸洗后的预锂氧化亚硅；

11、s7、将s6中酸洗后的预锂氧化亚硅离心后进行充分干燥，之后加入添加剂充分混合后得到硅氧负极材料。

12、优选的，所述s1中沥青与洗油的质量比为1:(0.8-1.4)。

13、优选的，所述s2中氧化亚硅与溶解后的沥青的质量比为1:(0.08-0.2)，融合机的转速为800-1200r/min，融合时间为20-60min。

14、优选的，所述s3中碳包覆后的氧化亚硅碳包覆的厚度为0.1-1μm，s3中高温烧结的温度为200-500℃，烧结时间为2-4h。

15、优选的，所述s4中碳包覆后的氧化亚硅和预锂剂的质量比为1:(0.03-0.3)，预锂剂为lioh、lif、licl、lih、li2o、li3n、li2co3、lii、libr和li3po4的一种或多种，煅烧温度为500-900℃，煅烧时间为4-10h。

16、优选的，所述s5中过筛的筛网为300-500目。

17、优选的，所述s6中过筛后的预锂氧化亚硅与酸洗剂的质量比为1:(0.01-0.1)，酸洗剂为na2hpo4、nah2po4、li2hpo4、lih2po4、naf、nh4f、lif中的一种或多种，混合时间为1-3h。

18、优选的，所述s7中酸洗后的预锂氧化亚硅与添加剂的质量比为1:(0.001-0.05)，添加剂为lipo4、napo4、alpo4、caco3、mg(oh)2、al(oh)3中的一种或多种，混合时间为1-3h。

19、因此，本发明采用上述一种高首效、长循环的硅氧负极材料及其制备方法，制备的硅氧负极材料循环寿命长，首次库伦效率高，制备工艺简单，成本低廉，适合工业化大规模生产。

20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种高首效、长循环的硅氧负极材料，其特征在于：所述硅氧负极材料为核壳结构，其直径为5-10μm，由内核预锂化的氧化亚硅材料、外层包覆的碳材料和表面修饰的添加剂组成。

2.根据权利要求1所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料，其特征在于：所述预锂化的氧化亚硅材料占硅氧负极材料的比重为50-90%，外层包覆的碳材料占硅氧负极材料的比重为5-40%，表面修饰的添加剂占硅氧负极材料的比重为1-30%。

3.一种如权利要求2所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s1中沥青与洗油的质量比为1:(0.8-1.4)。

5.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s2中氧化亚硅与溶解后的沥青的质量比为1:(0.08-0.2)，融合机的转速为800-1200r/min，融合时间为20-60min。

6.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s3中碳包覆后的氧化亚硅碳包覆的厚度为0.1-1μm，s3中高温烧结的温度为200-500℃，烧结时间为2-4h。

7.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s4中碳包覆后的氧化亚硅和预锂剂的质量比为1:(0.03-0.3)，预锂剂为lioh、lif、licl、lih、li2o、li3n、li2co3、lii、libr和li3po4的一种或多种，煅烧温度为500-900℃，煅烧时间为4-10h。

8.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s5中过筛的筛网为300-500目。

9.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s6中过筛后的预锂氧化亚硅与酸洗剂的质量比为1:(0.01-0.1)，酸洗剂为na2hpo4、nah2po4、li2hpo4、lih2po4、naf、nh4f、lif中的一种或多种，混合时间为1-3h。

10.根据权利要求3所述的一种高首效、长循环的硅氧负极材料的制备方法，其特征在于：所述s7中酸洗后的预锂氧化亚硅与添加剂的质量比为1:(0.001-0.05)，添加剂为lipo4、napo4、alpo4、caco3、mg(oh)2、al(oh)3中的一种或多种，混合时间为1-3h。