[发明专利]一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法、负极极片、电池和应用

说明书

本发明公开了一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法、负极极片、电池和应用。所述预锂化硅氧复合材料由内至外依次包括内核、第一包覆层和第二包覆层；所述内核包括非晶质硅氧化物、硅微晶和锂硅酸盐；所述第一包覆层为碳层；所述第二包覆层为聚合物层；所述第二包覆层采用含氟聚合物、聚苯乙烯和聚异戊二烯中的一种或多种。本发明中的预锂化硅氧复合材料，在保持较好的电化学性能的同时，保证了匀浆的过程中，内核中的锂硅酸盐被多层严密包覆，不会溶于水，不会导致浆料的pH升高，同时抑制了浆料产气，保持了浆料中的稳定，保证涂布均匀。

技术领域

本发明涉及一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法、负极极片、电池和应用。

背景技术

随着电动汽车、便携式电动工具与家用电器的发展，高能量密度、高首次库伦效率、高循环性能的锂离子电池的需求日益增加。电极是锂电池组成中非常关键的部分，是通过将正负极材料制作成浆料后涂覆在集流体上制得的。因此，制作负极浆料的各种参数影响着涂布的最终结果。浆料的配方、分散的均匀度、浆料的粘度、稳定性等对涂布以及锂电池的电化学性能有重大影响。传统锂离子电池负极材料主要为石墨，但其理论比容量仅为372mAh/g，已很难满足当前对负极高能量密度的需求。硅基负极材料具有较高的理论嵌锂容量(约为4200mAh/g)，且具有较低的嵌锂平台，引起了广泛关注。

然而硅基负极材料存在导电性能差，在嵌锂的过程中会产生巨大的体积变化(约为300％)，导致硅基负极材料的循环性能差的缺陷。氧化亚硅SiO_x可在嵌锂过程中生成氧化锂及锂盐，可以有效缓解体积膨胀，提高循环性能，但首次嵌锂时需消耗一定量的锂离子，导致首次库伦效率较低，可逆容量也明显降低。

预锂技术可以将锂提前嵌入氧化亚硅SiO_x材料，形成锂硅酸盐，如Li₄SiO₄、Li₂SiO₃、Li₂Si₂O₅，避免了对锂的消耗，有效提升了氧化亚硅的首次库伦效率，同时这种锂硅酸盐也缓解了材料的体积膨胀，提升了循环稳定性。但是现有技术中硅基负极材料形成的Li₄SiO₄易溶于水，Li₂SiO₃微溶于水，对于材料本身的稳定性产生很大影响，并且会造成水系浆料pH升高，同时会有大量的气泡产生，使得匀浆和涂布过程变得非常困难。

发明内容

本发明为了克服现有技术中为了提高硅基负极材料的首次库伦效率的同时带来的产气量升高的缺陷，而提供了一种预锂化硅氧复合材料及其制备方法、负极极片、电池和应用。本发明所得的预锂化硅氧复合材料，在保持较好的电化学性能的同时，保证了匀浆的过程中，内核中的锂硅酸盐被多层严密包覆，不会溶于水，不会导致浆料的pH升高，同时抑制了浆料产气，保持了浆料中的稳定，保证涂布均匀。

本发明通过下述技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种预锂化硅氧复合材料，其由内至外依次包括内核、第一包覆层和第二包覆层；所述内核包括非晶质硅氧化物和硅微晶和锂硅酸盐；所述第一包覆层为碳层；所述第二包覆层为聚合物层；所述第二包覆层采用含氟聚合物、聚苯乙烯和聚异戊二烯中的一种或多种。

本发明中，所述内核的直径可为1～20μm。

本发明中，所述第一包覆层的厚度可为2～50nm，较佳地为10～40nm，例如20nm或30nm。

本发明中，所述第二包覆层的厚度可为2～100nm，较佳地为10～90nm，例如30nm、40nm、50nm或60nm。

本发明中，所述非晶质硅氧化物的化学式可为SiO_x，0x≤2，例如1。