[发明专利]一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料及其制备方法。主要包括原料准备、硅化镁制备以及含镁氧化硅负极材料制备。本发明中的制备方法可实现批量生产，易于产业化应用，采用本发明提供的制备方法得到负极材料制备的锂离子电池具有比容量高、循环性能好等优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池在手机、笔记本电脑等移动电子设备的广泛应用以及及环境治理对电动汽车的需求，目前急需开发高容量的锂离子电池用负极材料。

硅基负极材料因其具有超高的比容量受到广泛关注，通过近二十年人们坚持不懈的研究，成为目前最具有产业化推广应用的高容量负极材料。其中，SiOx材料因在循环寿命方面的优势更具实用潜力，因此也是目前推广应用速度最快的高容量型负极材料。SiOx材料存在的最大问题是首次效率较低，仅有68%～69%，通过碳包覆表面改性后首次效率可提升至75%～76%，但仍不能满足电动汽车用锂离子电池的需求。

人们通过大量的研究，确定加入适量的镁可提升首次效率，目前加入Mg的方法，一种是在SiOx材料制备的同时加入Mg金属，使镁在SiOx形成的过程中以气态形式融入其中，如专利CN201710193442“用于锂二次电池负极材料的硅复合氧化物及其制备方法”的描述；另一种主流方法是在SiOx材料生产后，在碳包覆处理前，以金属Mg或MgO及Mg的醇盐或硅酸盐溶液等形式加入，如CN201210553245.8“一种锂离子电池硅氧化物/碳负极材料及其制备方法”、CN201610863902.7“一种复合物、其制备方法及采用该复合物制备的负极和锂离子电池”、CN201711318537 “一种锂离子电池负极材料及其制备方法”、CN201680058576“非水电解质二次电池用负极活性物质、非水电解质二次电池、非水电解质二次电池用负极材料的制造方法、以及非水电解质二次电池的制造方法”、CN201480027925“非水电解质二次电池用负极材料及其制造方法以及锂离子二次电池”等。

上述方法均在因Mg的加入导致其中硅晶粒尺寸过大，且过程不易控制，致使材料循环性能较差；或因过程较复杂不易产业化等各种问题，导致加Mg后虽然首次效率有大幅度提升，但因循环性能较差仍未实现产业化应用。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料及其制备方法，该方法可实现批量生产，易于产业化应用，采用本发明提供的制备方法得到负极材料制备的锂离子电池具有比容量高、循环性能好等优异的电化学性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种锂离子电池用含镁氧化硅负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、按照1:1.7-1.75的质量比例称取硅粉和镁粉；

2）、将步骤1）中称取的硅粉和镁粉加入惰性气体保护型混合机进行混合，将混合好的物料加入旋转加热炉，旋转加热炉抽真空至0.05Pa以下，以10℃/min的加热速度升温至550-650℃，保温3-5h后冷却至室温，得到硅化镁；

3）、称取一氧化硅粉，一氧化硅粉与步骤2）中制得的硅化镁的比例为100:2-10，将称取到的一氧化硅粉和步骤2）中的硅化镁加入惰性气体保护型混合机进行混合；将混合完成后的物料加入到CVD化学气相沉积炉，密封后抽真空至0.05Pa以下，并以10℃/min的加热速度升温至500℃～1000℃后保温1～5h，后通入碳源进行气相碳包覆，碳包覆量为3%～5%，包覆温度900℃～1000℃；碳包覆完成后冷却至室温取出，进行粉碎分级处理，得到锂离子电池用含镁氧化硅负极材料。

优选的，步骤1）中的硅粉纯度99.9%以上，粒度D50≤8μm，镁粉的纯度99.9%以上，最大粒径不超过300μm；步骤3）中的一氧化硅粉的纯度不低于99.9%，粒度D50≤5μm。