硅基负极材料、其制备方法以及锂离子二次电池与流程

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种硅基负极材料、其制备方法以及锂离子二次电池。

背景技术：

1、锂离子电池因高能量密度、长循环寿命等特点而成为了应用最为广泛的能源存储器件，它不仅统治了手机、笔记本电脑、数码相机等消费市场领域，还被电动汽车、储能电站等大规模储能领域所青睐。应用领域的急速拓展对锂离子电池的能量密度提出了日益增长的需求。石墨仍为目前商业化锂离子电池的主要负极材料，其比容量(372 mah/g)已经不能满足高能量密度的需求，因此寻找高容量的负极材料一直是锂离子电池领域的研究热点。

2、氧化亚硅（siox）的克容量通常为石墨负极材料的3-6倍，因此氧化亚硅基负极材料是当前能够有效替代石墨负极，并提高锂离子电池能量密度的新型负极材料。但是氧化亚硅基负极材料在锂化过程中，锂会优先与活性材料中的氧反应生成锂硅氧化物，该化合物大部分是没有电化学活性的，从而导致大量的活性锂在首次充电过程中就被消耗，导致锂电池的首次充电效率难以提高。

3、为了提高氧化亚硅基负极材料的首次充电效率，行业内常选用掺锂、掺镁等活性金属预先消耗掉材料中的氧。但是掺锂后材料表面会残留有未反应完的补锂剂，从而导致材料表面有较多的lioh和li2co3，使得材料表面呈现高ph。高的ph不仅不利于粘结剂的作用，而且会在水的作用下与材料中的硅反应生产氢气，这将不利于极片的制备。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种硅基负极材料，该硅基负极材料能够降低预锂化后硅基材料表面的高残碱，抑制极片的产气，同时提高锂离子二次电池的电化学性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种硅基负极材料，所述硅基负极材料包括碳包覆的预锂化硅基材料，所述碳包覆的预锂化硅基材料的表面含有lif、li3po4和lipo2f2。

4、进一步地，所述硅基材料中包含氧化亚硅。

5、进一步地，所述硅基材料中还包括硅酸盐、硅纳米颗粒、无定形硅中的一种或多种。

6、本发明第二方面提供了上述硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤：

7、s1. 在保护气氛下，将碳包覆的预锂化硅基材料、氟化试剂与五氧化二磷混合均匀；

8、s2. 在不断搅拌的条件下，对步骤s1得到的混合物进行加热以发生反应；

9、s3. 将步骤s2得到的反应产物溶于溶剂中，在保护气氛下，继续加热以发生反应；

10、s4. 将步骤s3得到的反应产物进行过滤、洗涤、干燥，得到所述硅基负极材料。

11、进一步地，步骤s1中，所述氟化试剂包括氟化铵、氟化氢、氟化氢铵、氟硼酸、三氟甲磺酸中的一种或多种。

12、进一步地，步骤s1中，所述氟化试剂的质量为碳包覆的预锂化硅基材料的0.05%～20%，所述五氧化二磷的质量为碳包覆的预锂化硅基材料的0.02%～10%。

13、进一步地，步骤s2中，所述加热温度为60～300℃。

14、进一步地，步骤s3中，所述溶剂为水和/或乙醇。

15、进一步地，步骤s3中，所述加热温度高于60℃且低于溶剂的沸点温度。

16、本发明第三方面提供了一种锂离子二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解质，所述隔膜被设置为隔离所述正极片与负极片，所述负极片中的活性材料为上述的硅基负极材料。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、1. 本发明通过氟化试剂和五氧化二磷与预锂化硅基材料发生原位化学反应，将预锂化硅基材料表面的残碱转化成氟化锂，从而降低了材料表面的ph值，抑制了材料在制浆过程中严重的产气现象，提高了极片的加工性能。

19、2. 本发明提供的硅基负极材料，其表面生成了lif、li3po4和lipo2f2，其中li3po4和lif是锂电池中活性颗粒物表面常见的固态电解质膜(sei)组分中的一种，因此可优化氧化亚硅基负极材料在锂离子电池中表面sei结构与组成；同时lipo2f2是锂离子电池中一种有效的电解液添加剂，有助于提高锂离子电池的循环性能。

技术特征：

1.一种硅基负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料包括碳包覆的预锂化硅基材料，所述碳包覆的预锂化硅基材料的表面含有lif、li3po4和lipo2f2。

2.根据权利要求1所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基材料中包含氧化亚硅。

3.根据权利要求2所述的硅基负极材料，其特征在于，所述硅基材料中还包括硅酸盐、硅纳米颗粒、无定形硅中的一种或多种。

4.一种硅基负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氟化试剂包括氟化铵、氟化氢、氟化氢铵、氟硼酸、三氟甲磺酸中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氟化试剂的质量为碳包覆的预锂化硅基材料的0.05%～20%，所述五氧化二磷的质量为碳包覆的预锂化硅基材料的0.02%～10%。

7.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述加热温度为60～300℃。

8.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述溶剂为水和/或乙醇。

9.根据权利要求4所述的硅基负极材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述加热温度高于60℃且低于溶剂的沸点温度。

10.一种锂离子二次电池，包括正极片、负极片、隔膜和电解质，所述隔膜被设置为隔离所述正极片与负极片，其特征在于，所述负极片中的活性材料为权利要求1～3任一项所述的硅基负极材料。

技术总结
本发明公开了一种硅基负极材料，所述硅基负极材料包括碳包覆的预锂化硅基材料，所述碳包覆的预锂化硅基材料的表面含有LiF、Li<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;和LiPO<subgt;2</subgt;F<subgt;2</subgt;。本发明还公开了所述硅基负极材料的制备方法以及锂离子二次电池。本发明的硅基负极材料，能够降低预锂化后硅基材料表面的高残碱，抑制极片的产气，同时提高锂离子二次电池的电化学性能。

技术研发人员：唐文,刘娇,张浩
受保护的技术使用者：江苏正力新能电池技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13