[发明专利]一种多孔氧化物包裹电池硅负极材料的制备方法

说明书

本发明提供一种多孔氧化物包裹电池硅负极材料的制备方法，涉及锂离子电池负极材料制备技术领域。本发明制备方法包括硅负极材料烘干处理；用乙醇对硅负极材料进行表面钝化处理；再在气相原子层沉积腔体进行设定的循环周期沉积，即得到多孔氧化物包裹电池硅负极材料。本发明制备方法简单，重复性好，制备的锂离子电池硅负极材料既具有大比容量，又能够抑制锂离子电池充放电过程中硅负极材料的膨胀，使得本发明锂离子电池硅负极材料的具有良好的充放电循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，涉及一种多孔氧化物包裹电池硅负极材料的制备方法。

背景技术

目前市场上锂离子电池常用的负极材料主要是石墨类材料，如天然石墨、人造石墨、硬碳、中间相碳微球等，但是碳负极材料理论容量仅为372 mAh/g；并且，这种材料的嵌锂电位主要集中在0~0.1V范围内，非常接近金属锂的沉积电势，不利于电池的安全性，而钛酸锂负极材料最大的问题就是理论容量较低，容易产生胀气，不符合动力电池发展趋势。

硅基材料因具有较高的理论容量而受瞩目，其理论储锂容量为4200mAh/g，接近碳负极材料的十倍，是目前发现理论容量较高的负极材料，但是其在嵌脱锂的过程中会造成严重的体积膨胀和收缩，体积膨胀率大于300%，造成电池循环性能非常差。为抑制其体积膨胀改善循环性能，目前研究比较多的是，通过对硅基材料表面进行不定型碳或氧化物包覆来抑制充放电过程中的体积效应。

现有技术中，普遍采用液相方法对硅基材料进行氧化物的包裹，但是液相方法产生的包裹层厚度比较厚，影响锂离子的嵌入和脱出，造成硅基材料的实际使用比容量下降。目前也有报道通过气相原子层沉积（ALD）的方法对硅基材料进行氧化物包裹修饰的报道，ALD的特点是可以精细调控包裹层的厚度，但是包裹层如果太厚会使得包裹层比较致密，影响硅基材料实际比容量的发挥；如果包裹层的厚度太薄，抑制硅基材料膨胀的力学性能较低，起不到控制充放电过程中硅基材料膨胀的问题。因此需要一种方法既能实现很厚的包裹层抑制硅负极材料充放电过程中的膨胀，又不影响锂离子在硅上面的嵌入和脱出，充分发挥材料的大比容量。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种多孔氧化物包裹电池硅负极材料的制备方法，解决了现有技术中锂离子电池硅负极材料充放电过程中的膨胀控制和硅负极材料的大比容量不能兼顾的技术问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种多孔氧化物包裹电池硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硅负极材料放入温度为60-75℃的烘箱中烘6-10h，再放入试剂瓶中封口备用；

S2、将步骤S1得到的硅负极材料放入气相原子层沉积腔体中，腔体温度为120-150℃，以乙醇为脉冲前驱体，以高纯氮气为载气，乙醇的脉冲时间为30-50s，再用高纯氮气吹掉多余的乙醇，得到表面钝化处理的硅负极材料；

S3、将载有表面钝化处理的硅负极材料的气相原子层沉积腔体升温至200-300℃，加入与氧化物对应的第一前驱体、第二前驱体，分别设定与第一前驱体、第二前驱体对应的加热温度，设定循环周期m，得到一个循环周期沉积的氧化物包裹硅负极材料，且第一前驱体的脉冲时间为50-100s、吹扫时间为90-110 s，第二前驱体的脉冲时间为30-60s、吹扫时间为90-110s；

S4、按照设定循环周期，开始循环沉积，继续完成m-1个循环周期，即可。

优选的，步骤S3所述氧化物为三氧化二镓、五氧化二铌、五氧化二钽中的一种。

优选的，所述三氧化二镓对应的第一前驱体为三甲基镓、第二前驱体为氧气。

优选的，所述三甲基镓和氧气对应的加热温度均为室温。

优选的，所述五氧化二铌对应的第一前驱体为五乙氧基铌、第二前驱体为去离子水。