本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种预锂化siox负极材料的处理方法。
背景技术：
随着人们对电动汽车续航里程的要求越来越高，乘用车电池系统能量密度需要不断提升，传统的石墨负极已经不能满足当前的动力电池能量密度需求。由于硅基负极具有较高的克容量，硅基负极成为重点研究材料。
相比纯si负极，硅氧化合物siox兼具较高的克容量、较低的膨胀以及较优的循环寿命，被视为下一代负极材料。然而传统的硅氧化合物siox存在首效偏低问题，严重制约其商业化应用，目前提升硅氧化合物首效，主要有两种方式，一种是极片端设计，通过极片端补锂提升首效，一种是材料端合成时补锂，提升首效。极片端补锂采用的金属锂粉存在爆燃、爆炸安全风险，此外金属锂粉对操作人员呼吸道、眼睛及皮肤均会有接触伤害风险。相比之下，材料端补锂可从根源上避免电芯厂商所面临的上述风险。但材料端补锂形成的预锂化siox负极材料的稳定性较差。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种预锂化siox负极材料的处理方法，以得到稳定性较好的预锂化siox负极材料。
一种预锂化siox负极材料的处理方法，包括以下步骤：
将预锂化siox负极材料与第一固体化合物混合，得到第一混合物，其中，0＜x＜2，所述第一固体化合物选自氟化铵及磷酸铵中的至少一种；
在保护气体的气氛下，将所述第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结，得到第一预锂硅负极材料。
上述预锂化siox负极材料的处理方法通过将预锂化siox负极材料与氟化氨和/或磷酸铵在高温下反应，将预锂化siox负极材料表面的碱性物质氧化锂、氢氧化锂转化成lif或磷酸锂，从根源上解决锂siox负极材料表层的碱性物质问题，提高预锂化siox负极材料的稳定性；同时通过控制氟化氨或磷酸铵的用量，在预锂化siox负极材料表面形成一层人造的无机sei膜，该人造sei膜致密，厚度可控且疏水，可抑制内核硅酸锂溶出速率，提升预锂化siox负极材料的稳定性。
在其中一个实施例中，所述预锂化siox负极材料与所述第一固体化合物的质量比为100:0.1～100:10。
在其中一个实施例中，将所述第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结的步骤中，升温速率为5℃/min～50℃/min，保温时间为1h～24h。
在其中一个实施例中，所述预锂化siox负极材料的粒径为1μm～10μm。
在其中一个实施例中，所述预锂化siox负极材料的碳包覆量为0.1wt％～6wt％。
在其中一个实施例中，将所述第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结，得到第一预锂硅负极材料的步骤之后还包括：
将所述第一预锂硅负极材料与第二固体化合物混合，得到第二混合物，其中，所述第二固体化合物选自含氮有机物及硼的氧化物中的至少一种；
在保护气体的气氛下，将所述第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结，得到第二预锂硅负极材料。
在其中一个实施例中，所述第一预锂硅负极材料与第二固体化合物的质量比为100:0.1～100:6。
在其中一个实施例中，将所述第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结的步骤中，升温速率为5℃/min～50℃/min，保温时间为1h～24h。
在其中一个实施例中，将所述第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结的步骤具体为：将所述第二混合物在450℃～550℃进行保温烧结。
在其中一个实施例中，所述含氮有机物选自脂肪胺及苯胺中的至少一种。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一实施方式的预锂化siox负极材料的处理方法，包括以下步骤：
步骤s110：将预锂化siox负极材料与第一固体化合物混合，得到第一混合物。
其中，siox中，0＜x＜2。例如，sio。
具体地，第一固体化合物选自氟化铵及磷酸铵中的至少一种。
进一步地，预锂化siox负极材料与第一固体化合物的质量比为100:0.1～100:10。
具体地，预锂化siox负极材料的粒径为1μm～10μm。粒径太小，比表面积太大，副反应太大，恶化电性能；粒径太大，影响硅负极动力学，此外大颗粒应力释放较慢，会造成局部应力集中，恶化界面，从而恶化硅负极电性能。
具体地，预锂化siox负极材料的碳包覆量为0.1wt％～6wt％。碳包覆量过低起不到包覆效果；过高，恶化硅负极克容量和高温性能。
其中，预锂化siox负极材料的内核预锂形成的硅酸盐相在水中有一定溶解度，硅酸锂溶出会造成负极浆料碱性，恶化负极浆料稳定性，影响负极浆料涂布；同时预锂化siox负极材料的表层具有预锂后形成的氧化锂、氢氧化锂及碳酸锂，其对空气较敏感，在水系浆料中呈现强碱性，恶化负极浆料稳定性。此外，预锂化siox负极材料的内核活性高，会与负极浆料中去离子水缓慢反应产气，恶化负极材料电性能。
其中，预锂化siox负极材料可以通过在市面上购买获得，也可以通过制备获得。在本实施例中，预锂化siox负极材料通过制备获得。
在一实施例中，预锂化siox负极材料的制备方法选自热力学加热法、湿法掺杂法及电化学沉积法中的一种。
具体地，热力学加热法是将siox与金属锂或含锂化合物加热反应。其中，含锂化合物包括氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂等。
具体地，湿法掺杂法是将siox与含有金属锂的有机溶液常温反应。
具体地，电化学沉积法是在siox的表面进行锂沉积。
步骤s120：在保护气体的气氛下，将第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结，得到第一预锂硅负极材料。
进一步地，将第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结的步骤具体为：将第一混合物在150℃～200℃下进行保温烧结。具体地，保护气体为氮气。
通过采用固体加热分解方法，第一固体化合物产生的酸性物质中和预锂化siox负极材料表层的碱性物质，并在预锂化siox负极材料的表层形成一层厚度可控的离子导通的lif或li3po4。通过合理控制固体化合物用量，不会产生额外的固体废弃渣。
进一步地，将第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结的步骤中，升温速率为5℃/min～50℃/min，保温时间为1h～24h。升温速率为5℃/min～50℃/min，影响硅负极内部硅酸盐晶相组成和占比，改善硅负极电化学性能；保温时间为1h～24h，影响内核硅晶粒尺寸、硅酸盐晶粒尺寸，改善硅负极电化学性能。
需要说明的是，将第一混合物在50℃～300℃下进行保温烧结，得到第一预锂硅负极材料的步骤之后还包括：
步骤s130：将第一预锂硅负极材料与第二固体化合物混合，得到第二混合物。
其中，第二固体化合物选自含氮有机物及硼的氧化物中的至少一种。进一步地，含氮有机物选自脂肪胺及苯胺中的至少一种，以形成氮掺杂的碳包覆层。在一实施例中，苯胺为三聚氰胺。
在一实施例中，硼的氧化物为三氧化硼。以形成硼掺杂的碳包覆层，提升硅负极电导，改善循环。
进一步地，第一预锂硅负极材料与第二固体化合物的质量比为100:0.1～100:6。第二固体化合物含量太低，提升硅负极电导有限，起不到碳包覆作用；第二固体化合物含量太高，影响硅负极克容量发挥，此外会恶化高温性能。
步骤s140：在保护气体的气氛下，将第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结，得到第二预锂硅负极材料。
进一步地，将第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结的步骤具体为：将第二混合物在450℃～550℃进行保温烧结。具体地，保护气体为氮气。
进一步地，将第二混合物在100℃～600℃进行保温烧结的步骤中，升温速率为5℃/min～50℃/min，保温时间为1h～24h。升温速率为5℃/min～50℃/min，影响硅负极内部硅酸盐晶相组成和占比，改善硅负极电化学性能；保温时间为1h～24h，影响内核硅晶粒尺寸、硅酸盐晶粒尺寸，改善硅负极电化学性能。
通过控制加热温度、升温速率以及保温时间调控预锂化siox负极材料内核硅酸盐晶相种类，即由正硅酸锂相向偏硅酸锂相和二硅酸锂相转变；同时，对预锂化siox负极材料的内核进行元素掺杂，提升预锂后硅负极本征电导，从而改善其加工性能及电化学性能。其中，元素掺杂主要是指氮元素、硼元素掺杂。
上述预锂化siox负极材料的处理方法至少具有如下优点：
1)上述预锂化siox负极材料的处理方法通过将预锂化siox负极材料与氟化氨或磷酸铵在高温下反应，将预锂化siox负极材料表面的碱性物质氧化锂、氢氧化锂转化成lif或磷酸锂，从根源上解决锂siox负极材料表层的碱性物质问题，提高预锂化siox负极材料的稳定性；同时通过控制氟化氨或磷酸铵的用量，在预锂化siox负极材料表面形成一层人造的无机sei，该人造sei致密，厚度可控且疏水，可抑制内核硅酸锂溶出速率，提升预锂化siox负极材料的稳定性。
2)上述预锂化siox负极材料的处理方法在预锂化siox负极材料表面形成一层人造的无机sei，根源上解决了预锂化siox负极材料表面强碱性给材料加工带来的困扰。另外，人造sei可降低首次不可逆锂消耗，且该人造sei耐电解液腐蚀，可进一步提升预锂化siox负极材料首效和电化学性能如循环寿命、存储寿命。
3)上述预锂化siox负极材料的处理方法不会产生大量工业废酸或者废水，更不会形成有毒的有机废液，环保。
4)上述预锂化siox负极材料的处理方法通过控制热处理温度和升温速率，调控预锂化siox负极材料内核的硅酸盐晶相，将水溶性高的正硅酸锂转化为水溶性低的偏硅酸锂或二硅酸锂相，根源上抑制硅酸锂相溶出，从根源上降低硅酸锂溶出速率，提升了预锂化siox负极材料的结构稳定性和电导；此外偏硅酸锂相电化学惰性，可降低循环过程中或高温存储时材料副反应，维持材料结构稳定性，对提升材料循环寿命及高温存储性能有益。
另外，通过在控制热处理温度调控硅酸盐晶相时，加入低分解温度的含氮有机物或含硼化合物，形成氮掺杂预锂化siox负极材料内核或硼掺杂预锂化siox负极材料内核，提升其本征电子电导；另外，低分解温度降低硅晶粒长大风险，在改善硅负极本征电子电导，改善了材料电性能，提升了材料快充性能；同时，在表层lif外核或磷酸锂外核再形成一层碳包覆保护层，形成双层包覆，改善硅基负极电性能。
5)预锂化siox负极材料表面呈现碱性，在常规湿度存放会与空气中水及二氧化碳不可逆反应，恶化材料性能。通过将预锂化siox负极材料与氟化氨或磷酸铵在高温下反应，将预锂化siox负极材料表面的碱性物质氧化锂、氢氧化锂转化成lif或磷酸锂，从根源上解决锂siox负极材料表层的碱性物质问题，并在表层形成一层致密人造无机保护层，该保护层疏水，电化学稳定，对空气稳定，在常规下存放也不会恶化材料电性能，降低了预锂化siox负极材料的存放要求。
6)通过上述预锂化siox负极材料的处理方法去除预锂化siox负极材料表层的强碱性物质，降低了材料ph，从而降低了负极浆料碱性，提升了负极浆料稳定性，改善了负极浆料加工性能，提升了负极极片优率，降低了电芯制造成本。此外中性的浆料相比碱性浆料，对设备管道腐蚀降低。
以下为具体实施例部分：
实施例1
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
1)将100g6μmsio与10gli2o机械球磨混合3h，然后在惰性气氛氮气保护下500℃焙烧2h，即得到预锂化siox负极材料，记为样品s1；
取粒径6μm，碳包覆量在3wt％的s1100g，取nh4f5g，室温下搅拌1h，混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在30℃/min，温度升至190℃后，保温0.5h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到表面包覆一层lif的预锂化siox负极材料，记为样品d1。
实施例2
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
将10g联苯混合100g四氢呋喃，再加入0.5g金属锂粉，得到含有金属锂的有机溶液，然后加入10g6μmsio，搅拌12h，过滤，用四氢呋喃洗涤，即得到预锂化siox负极材料，记为样品s2；
取粒径6μm，碳包覆量在3wt％的s2100g，取nh4f5g，室温下搅拌1h，混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在30℃/min，温度升至190℃后，保温0.5h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到表面包覆一层lif的预锂化siox负极材料，记为样品d2。
实施例3
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
将100g6μmsio负极与5g金属锂粉混合，然后向其中加入100g电解液，常温静置12h，即得到预锂化siox负极材料，记为样品s3，其中，电解液的溶质为1.2mol/l的六氟磷酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯ec；
取粒径6μm，碳包覆量在3wt％的s3100g，取nh4f5g，室温下搅拌1h，混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在30℃/min，温度升至190℃后，保温0.5h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到表面包覆一层lif的预锂化siox负极材料，记为样品d3。
实施例4
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法与实施例1的预锂化siox负极材料的处理方法大致相同，其区别在于，nh4f替换为磷酸铵(nh4)3po4，得到样品记为d4。
实施例5
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法与实施例2的预锂化siox负极材料的处理方法大致相同，其区别在于，nh4f替换为磷酸铵(nh4)3po4，得到样品记为d5。
实施例6
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法与实施例3的预锂化siox负极材料的处理方法大致相同，其区别在于，nh4f替换为磷酸铵(nh4)3po4，得到样品记为d6。
实施例7
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品10g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在5℃/min，温度升至600℃后，保温8h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d7。
实施例8
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品20g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在5℃/min，温度升至600℃后，保温8h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d8。
实施例9
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品20g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在5℃/min，温度升至500℃后，保温8h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d9。
实施例10
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品20g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在5℃/min，温度升至560℃后，保温8h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d10。
实施例11
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品20g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在30℃/min，温度升至560℃后，保温8h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d11。
实施例12
本实施例的预锂化siox负极材料的处理方法如下：
取实施例1中的d1样品100g，取三聚氰胺样品20g，搅拌1h混合均匀，然后将混合样置于管式炉中，通入氮气，氮气通入速率为50ml/min，通入氮气半小时后开始加热升温至190℃，升温速率控制在30℃/min，温度升至560℃后，保温5h，将得到的粉体研磨筛分，最终得到氮掺杂和表层第二层碳包覆的预锂化siox负极材料，记为d12。
测试：
将实施例1-12及s1、s2、s3制得的预锂化siox负极材料进行材料ph、表面碳酸锂、氢氧化锂检测，与水反应时间记录，及扣电cr2032和3ah软包全电电性能检测，测试结果如表1所示；
其中，扣式电池的负极配比为，活性物质:导电剂sp:改性聚丙烯酸＝93:3:4，其中活性物质为100％预锂化siox负极材料，扣式电池主要测试负极克容量和首效，首效＝充电容量/放电容量；
软包电池的负极配比为，活性物质:导电剂sp:改性聚丙烯酸＝93:3:4，软包电池主要表征循环寿命和负极厚度膨胀，其中，活性物质由15％预锂化siox负极材料和85％人造石墨组成。
1)材料ph测试参考gb/t9724-2007化学试剂ph值测定通则；
2)材料表面锂含量、氢氧化锂及碳酸锂含量测试参考gb/t9736-2008化学试剂酸度和碱度测定通用方法；
3)粉体电阻测试参考gb/t30835-2014锂离子电池用炭复合磷酸铁锂正极材料；
3)材料与水反应时间t记录：记录从t＝0时向100ml水中加入5g粉体，观察产生气泡的时间t。
4)首次充电克容量及首效测试：
扣式电池组装完毕后，①放电：0.2cdcto5mv，0.1cdcto5mv，0.05cdcto5mv，0.02cdcto5mv，0.01cdcto5mv，放电比容量记为q1；②充电：0.1cccto2v，充电容量记为q2；q2为首次充电克容量；扣电首效简写为ice，ice＝q2/q1。
5)容量保持率测试：
①充电：1cccto4.2v，rest10min；②放电：1cdcto2.5v，rest0min，放电容量记为qn(n＝1,2,3···200)；③重复“①，②”200圈。全电200圈容量保持率为：q200/q1。
6)体积膨胀测试：
循环200圈电芯，满电拆解，千分尺卡厚度为d2，新鲜极片辊压厚度d1，全电200圈满充膨胀计算：(d2-d1)/(d1-8)。
7)容量衰减损失比率
容量衰减损失比率＝(暴露前容量-暴露后容量)/暴露前容量。
表1
从表1来看，预锂化siox负极材料无后处理工序，表面碱性较强，ph较高，空气中存储会造成克容量降低和首效降低。其中对比例1～3其容量损失9％～10％，而后处理的实施例1～12其容量衰减率是0.1％～0.9％，对比例衰减速率是实施例组的10倍～1000倍，显然，后处理提升了预锂化siox负极材料的稳定性。
通过氟化氨或磷酸铵表面处理，ph显著降低3个点，表层碱性物质氢氧化锂降低至80％以上，碳酸锂含量降低90％以上，在水中的稳定性提升10倍以上，开始产气时间延长10倍以上，说明实施例1～12制得的预锂化siox负极材料的稳定性较好。此外该氟化氨或磷酸铵处理会在表层形成一层人造sei，在改善对空气稳定性同时提升了首效和循环寿命。
从表1数据来看，通过热处理和氮掺杂，d7～d12粉末电导提升，ph呈现降低趋势，表层碱含量均保持较低水平，无明显变化；热处理调控了硅负极内核硅酸盐相，其耐水性提升，在水中产生气泡时间延长2倍以上；ph降低，电导提升及硅酸盐调控，改善了预锂硅负极循环寿命和体积膨胀。
从d7～d8来看，适当提升氮掺杂量，可提升硅负极电导，从而提升容量发挥和循环寿命。
从d8～d10来看，热处理温度过高不利于循环寿命和膨胀，适当调控温度会改善循环寿命。
从d10～d11来看，升温速率影响硅内核晶相，从而影响其耐水性，适当提升速率，硅内核晶相更有利转变为耐水性强的硅酸盐，其耐水性提升，同时耐水性强的硅酸盐电化学惰性，可维持循环过程中硅的结构稳定性，提升循环寿命。
从d11～d12来看，热处理时间同样会影响预锂化硅负极电性能，适当降低时间有利于提升硅负极循环寿命。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。