[发明专利]一种二氟草酸硼酸锂掺杂包覆SiO/C复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二氟草酸硼酸锂掺杂包覆SiO/C复合材料及其制备方法和应用。将SiO粉末在CVD炉中进行气相沉积碳包覆，然后以SiO/C为核，通过在SiO/C上原位结晶生成二氟草酸硼酸锂包覆层，获得二氟草酸硼酸锂掺杂包覆SiO/C复合材料，该复合材料由二氟草酸硼酸锂原位沉积并均匀包覆在SiO/C颗粒表面构成，碳包覆层能够有效提高导电性和为SiO材料的膨胀过程中提供缓冲，而二氟草酸硼酸锂在负极表面能形成稳定且致密的SEI膜，不易破裂，能够持续而有效减缓SEI膜对于锂源的消耗，同时减少锂枝晶生成，增加电池材料的使用寿命和电池的高低温性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料；特别涉及一种二氟草酸硼酸锂掺杂SiO/C复合负极材料，还涉及一种二氟草酸硼酸锂掺杂SiO/C复合材料的制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用，属于锂电池技术领域。

背景技术

随着便携式电子设备、无人机、电动工具和电动车的迅速发展，高能量密度、高功率密度、高安全性和长寿命的可充电电池备受关注。尽管基于传统的石墨负极材料锂离子电池取得了广泛应用，但其相对较低的理论能量密度限制了其进一步的发展。寻找石墨负极的替代材料成为当前二次电池研究的关键。

硅是目前已知比容量(4200mAh)最高的锂离子电池负极材料，但由于其巨大的体积效应(300％)会导致电化学性能急剧恶化。因此，体积效应较小的硅的氧化物成为了比较理想的选择。其中，氧化亚硅(SiO)体积效应(150％)较小，同时拥有较高的理论容量(1500mAh)，成为近年来锂离子电池负极材料研究的热点。

虽然氧化亚硅(SiO)体积效应较硅要小，但其循环性能和首次库仑效率较差，为改善其循环性能和提高其首次库仑效率，研究发现在氧化亚硅(SiO)表面包覆碳材料作为膨胀缓冲层，对氧化亚硅(SiO)材料进行预锂化处理能极大提高其循环性能和首次库仑效率。如：中国专利(公开号CN111900368 A)提供了一种先对SiO进行预锂化，然后进行气相沉积包碳，然后再在其表面包覆一层金属氧化物。改性碳包覆预锂化的方法，其首次库伦效率达到88％。中国专利(公开号CN109524621A)提供了一种电化学预锂的技术，通过预制硅氧材料负极极片，与金属锂片组装成半电池模型，通过电池对外放电的方式进行预锂化，预锂化后的硅氧材料的首周效率可达90％以上。中国专利(公开号CN112151771A)提供了一种硅酸盐骨架的硅基负极材料，其主要是在SiO材料中掺入Mg和Li的硅酸盐骨架，改善硅基负极的膨胀和应力来达到提高材料的循环性能的目的。Yi-Fan Tian,Ge Li等发表的《Micron-Sized SiMgyOx with Stable Internal Structure Evolution for High-PerformanceLi-Ion Battery Anodes》中讨论了不同量的镁掺杂对SiO材料的影响，通过改善掺杂量和掺杂处理温度可以有效提高SiO材料的首次库仑效率和循环寿命。在以上的方法中，碳包覆可以有效改善导电性、缓冲膨胀；预锂化掺杂可形成硅酸盐骨架缓减膨胀，减少正极活性锂的消耗；这二种方法都可以一定程度上提高SiO材料的首次库仑效率和循环寿命。此外，锂电池充、放电过程中，SiO材料除了本身膨胀、收缩，导致材料出现粉化、坍塌，剥离集流体导致电池失效以外，其膨胀还会导致在负极形成的SEI膜也极不稳定，不停的破裂、重组，消耗大量的活性锂，使得电池的库仑效率和循环寿命降低。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种二氟草酸硼酸锂掺杂SiO/C复合材料(SiO/C@LiODFB)，该复合材料由二氟草酸硼酸锂原位沉积并均匀包覆在SiO/C颗粒表面构成，碳包覆层能够有效提高氧化亚硅材料的导电性和为SiO材料的膨胀过程中提供缓冲，且二氟草酸硼酸锂在负极表面能形成稳定且致密的SEI膜，不易破裂，能够持续而有效减缓SEI膜对于锂源的消耗，同时减少锂枝晶生成，增加电池材料的使用寿命和电池的高低温性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种二氟草酸硼酸锂掺杂SiO/C复合材料的制备方法，该制备方法操作简单，成本低，适合大规模生产。