[发明专利]一种锂硅合金及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种锂硅合金及其制备方法与应用。本发明采用常规的锂离子电池的组装及放电即可制备出锂硅合金；本发明制备的锂硅合金中，其微观结构是二维层状/三维多孔的，因此可以缓冲循环过程中的体积变化。此外，由于放电过程中预先嵌锂，所以有高的首周效率；该过程是通过电化学的方法合成锂硅合金，因此结构极为均匀。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种锂硅合金及其制备方法与应用。

背景技术

在锂离子电池的电极材料中，硅负极在循环过程中会产生大的体积变化，会造成电极材料的粉化破碎、电解液的消耗，进一步导致容量的快速衰减。此外，第一周形成的固态电解液膜及硅负极与电解液之间的副反应等会造成硅负极的首周效率较低，循环过程中不断破坏和重组的固态电解质膜会进一步消耗锂离子，造成低的库伦效率。为了解决硅存在的上述问题，许多方法已经被报道。设计不同维度的硅负极结构可以有效的缓冲循环过程中的体积变化，获得良好的电化学性能。但是该方法对于首周效率的提升是有限的。为了提高首周效率，常用的策略是采用预锂化，但是该方法不能解决循环过程中体积变化的问题。因此，开发一种方法能同时解决硅负极存在的问题具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂硅合金及其制备方法与应用。通过本发明的制备方法得到的锂硅合金具有二维层状或三维多孔结构，缓冲了循环过程中的体积变化，提升了首周效率。该制备方法工艺简单，制备得到的锂硅合金结构均匀。

本发明第一方面，提供一种锂硅合金材料的制备方法，包括：

(1)以硅化物合金作为前驱体，采用真空蒸馏法，进行热处理，获得多孔硅/二维硅；

(2)将多孔硅/二维硅负载在集流体上，组装锂离子电池，将其进行放电，即可获得锂硅合金。

进一步地，步骤(1)中所述硅化物合金为硅化镁和/或硅化钙合金；当所述硅化物合金为硅化镁可获得三维多孔结构；当所述硅化物合金为硅化钙合金可获得二维层状结构；

进一步地，步骤(1)中所述的热处理条件是，温度700-1200℃，时间0.1-5h；

进一步地，步骤(1)中热处理后还需酸洗以去除杂质；

进一步地，步骤(2)中所述的集流体是铜箔、钛箔、不锈钢等；

进一步地，步骤(2)中采用的电解液为1M LiPF₆/EC+DEC；

进一步地，步骤(2)中放电时，电流密度为50-200mA·g^-1，放电电压为0.01V-0.2V；

进一步地，所制备得到的锂硅合金中，锂硅摩尔比为；0.01:1-2:1

本发明第二方面，提供一种多孔的或者二维的锂硅合金材料。

本发明第三方面，提供一种多孔的或者二维的锂硅合金材料在二次电池中的应用。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用的前驱体是市售合金，采用常规的锂离子电池的组装及放电即可制备出锂硅合金，原材料易得，制备方法简单易行。

(2)本发明制备的锂硅合金中，采用真空蒸馏法即制备得到多孔硅/二维硅，其微观结构是二维层状/三维多孔的，在电化学循环中，这种结构提供了材料向内部膨胀的空间，因此可以缓冲循环过程中的体积变化。此外，由于放电过程中预先嵌锂，因此具有高的首周效率。

(3)该过程是通过电化学的方法合成锂硅合金，因此结构极为均匀，并且预先嵌锂之后，在后续的循环过程中体积变化小，因此，所制备得到的二次电池电化学性能更稳定。

附图说明