[发明专利]一种首次库仑效率高的锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及SiO锂离子电池材料领域，具体涉及一种首次库仑效率高的锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

随着人类社会的不断发展，能源危机与环境问题越来越严重。安全、高效、清洁的能量转化、存储和利用技术是解决能源与环境问题的关键，其中，锂离子电池技术以其高的能量密度、宽的工作温度范围、强的荷电保持能力、长的循环寿命以及较好的环境友好性等特点，引起了人们的普遍关注，并在智能家电、电动工具、移动通讯等领域广泛应用。

然而，便携式设备的迅猛发展以及电动汽车的广泛应用等对锂离子电池的能量密度、快速充放电能力和循环稳定性等提出了更高的要求，因此，新型高容量锂离子电池材料的研究开发迫在眉睫。

在目前开发的锂离子电池负极材料中，硅基材料以其较低的电位和极高的容量备受青睐，然而在储/放锂过程中，巨大的体积变化导致硅负极粉化、脱落严重，循环容量快速衰退，不能满足实际应用的要求。

SiO在首次嵌锂后可形成附着在Li₄SiO₄基体上的纳米Li-Si合金，其中，Li₄SiO₄作为缓冲物质有效缓解了Li-Si合金脱嵌锂过程中的体积变化，从而使得SiO负极呈现出良好的循环稳定性，但SiO负极材料首次嵌锂形成Li₄SiO₄相的过程是不可逆的，导致了该体系材料非常大的不可逆容量，使得材料的首次库仑效率极低，严重限制了电池中正极材料的利用率，降低了锂离子电池的实际容量。

由此可见，低的首次库仑效率已成为目前阻碍SiO负极材料实现商业应用的关键技术瓶颈，迫切需要研究开发一种首次库仑效率高的SiO锂离子电池负极材料的制备方法，为高能量密度、安全稳定的新型锂离子电池提供技术保障。

发明内容

本发明提供了一种首次库仑效率高的锂离子电池负极材料的制备方法，在锂离子电池负极材料中通过部分化学预嵌锂，形成Li-Si-O复合物，使锂离子电池负极材料的首次库仑效率提高到90%以上，简单有效，经济实用。

一种首次库仑效率高的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将LiH和SiO混合，得到混合物；

（2）将混合物置于真空或惰性气氛中加热至预定温度进行保温放氢，得到放氢产物；

（3）将放氢产物进行高能球磨，得到锂离子电池负极材料。

作为优选，步骤（1）中LiH和SiO混合时的摩尔比为0.1～1.5。

LiH与SiO的摩尔比将影响制备得到的锂离子电池负极材料的相组成，从而影响锂离子电池负极材料的首次库仑效率。

LiH与SiO在常温下混合即可，优选地，将LiH和SiO进行球磨混合，所述球磨为行星式球磨、振动式球磨或卧式行星球磨，其中，行星式球磨的条件为：球料比为10～120：1，球磨转速为200～600转/分钟，球磨时间为1～10小时；卧式行星球磨的条件为：球料比为10～120：1，球磨转速为200～600转/分钟，球磨时间为1～10小时；振动式球磨的条件为：球料比为10～100：1，振动频率为1200周/分钟，球磨时间为0.5～12小时。

将LiH和SiO进行球磨混合，可以保证混合的均匀性，同时，得到的混合物中LiH和SiO的粒径更小，更有利于后续化学预嵌Li的进行。

LiH与SiO在真空或惰性气氛中加热至预定温度后，恒温保持一定的时间，使混合物中的氢脱附完毕，然后抽真空将至室温，优选地，所述的惰性气体为N₂、Ar或He。

作为优选，所述步骤（2）中的加热速率为1～15°C/min，保温放氢的温度为500～700°C，保温放氢的时间为6～48小时。

经过步骤（2）的保温放氢后，得到化学预嵌入Li的Li-Si-O的复合物。保温放出所有的氢气，选择温度应适当，温度过低，则氢气不能完全脱附；温度过高，将导致产物颗粒长大和金属锂挥发。

步骤（3）的高能球磨用于改变步骤（2）中的Li-Si-O的复合物的晶体结构，使其非晶化或者纳米晶化，更有利于后续在锂离子电池中的应用。