本發(fā)明屬于新能源材料制備技術領域，具體涉及一種提高硅基負極材料電化學性能的方法。

背景技術：

近年來，全球在新能源領域急速發(fā)展，其中鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)性能好、功率密度高等優(yōu)點在消費類以及動力電池領域得到了廣泛的應用。追求高能量密度是目前鋰離子電池發(fā)展的一個重要方向。目前，常見的石墨負極材料理論容量為372mah/g，其能量密度相對較低；而硅的理論容量可達4200mah/g，且硅在地球上的儲量豐富，因此成為新一代鋰離子電池負極材料的研究熱點。但由于硅為半導體材料，其電子導電性低于石墨，在現(xiàn)有的解決方案中，主要采用碳包覆來提高硅材料的導電性，也有少部分通過摻雜來提高其電子導電性。此外硅基負極材料尤其氧化亞硅的首周不可逆鋰損失較大，影響了硅基負極材料的應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種能夠提高硅基負極材料的導電性能的方法，且對硅基負極材料首效有一定的提升作用。該方法工藝簡單、成本可控、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)。

一種提高硅基負極材料電化學性能的方法，先將納米硅基材料與鋰鹽進行混合均勻；在保護氣氛下，對上述混合物進行熱處理得復合納米硅基材料；所述鋰鹽為硼族元素鋰鹽或氮族元素鋰鹽。

進一步方案，所述的納米硅基材料為純納米硅粉或氧化亞硅納米顆粒。

進一步方案，所述的鋰鹽包括硝酸鋰、硼酸鋰、偏鋁酸鋰、鎵酸鋰、偏銦酸鋰、磷酸鋰、磷酸二氫鋰、砷酸鋰、銻酸鋰或鋰鉍磷酸鹽。

進一步方案，所述鋰鹽質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的0.1％-10％。

進一步方案，所述混合均勻是將納米硅基材料置于鋰鹽溶液中攪拌混合，并進行干燥處理；或是將納米硅基材料與納米級鋰鹽粉體直接進行干混。

進一步方案，所述熱處理的溫度為200-1300℃、時間為30-600min。

所述保護氣氛為氮氣、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣或氙氣。

本發(fā)明具有如下技術優(yōu)點。

(1)由于硅的電子導電性很差，通過硼族或氮族元素摻雜可提高硅基材料的導電性。

(2)由于氧化亞硅首次嵌鋰時，其中的氧元素會與活性鋰發(fā)生不可逆反應，造成硅基負極首效降低。而通過硼族元素鋰鹽或氮族元素鋰鹽的摻雜處理，不僅可以提高硅基材料導電性，其鋰鹽中的鋰會與氧化亞硅中的氧會發(fā)生反應，從而降低首次不可逆鋰的損失，對氧化亞硅的首次庫倫效率有一定的提升。

(3)該方法工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中納米氧化亞硅在處理前、后作為電池負極材料的電池的循環(huán)性能對比。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。

實施例1

將納米氧化亞硅與磷酸鋰按質(zhì)量比為0.98：0.02的配比在酒精體系中攪拌混合，其固含量為50％，攪拌時間為100min，攪拌溫度為室溫25℃；然后利用油浴鍋進行動態(tài)干燥，干燥溫度為80℃。然后在氮氣氛下，將上述混合后的硅基材料進行熱處理，燒結(jié)溫度為400℃，燒結(jié)時間為120min。

本方法得到的氧化亞硅材料電子導電率為2×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近3％。

將本實施例制備的復合氧化亞硅材料和未經(jīng)處理的納米氧化亞硅作為扣式電池負極材料進行扣電測試，其中負極中活性物質(zhì)比例為20％。在不同充放電倍率0.1c、0.5c、1c下電池容量保持率的變化如圖1所示(圖中每個充放電倍率下都做了三次重復試驗，共有三個數(shù)據(jù))。從圖1可看出，本發(fā)明制備的復合氧化亞硅材料放電性能相比未處理的氧化亞硅材料高，分別從95.7％、89.2％、80.5％提高到98.3％、93.4％、86.1％。

實施例2

將納米氧化亞硅粉與納米級硼酸鋰按質(zhì)量比為0.95：0.05的配比進行干混，時間為150min。然后在氦氣氛下，將上述混合后的硅基材料進行熱處理，燒結(jié)溫度為500℃，燒結(jié)時間為300min。

將燒結(jié)得到的復合氧化亞硅材料進行扣電測試，活性物質(zhì)比例為20％。本方法得到的材料電子導電率為5×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近5％。

實施例3

將納米硅粉與偏鋁酸鋰按質(zhì)量比為0.995：0.005的在去離子水中混合攪拌，固含量為40％，攪拌時間為200min，后在70℃進行動態(tài)干燥。然后在氬氣氛下，將上述混合后的硅基材料進行熱處理，燒結(jié)溫度為800℃，燒結(jié)時間為200min。

將燒結(jié)得到的復合硅材料進行扣電測試，活性物質(zhì)比例為20％。本方法得到的材料電子導電率為3×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近2％。

實施例4

將納米硅粉與納米級鎵酸鋰按質(zhì)量比為0.92：0.08的配比進行干混，時間為30min。然后在氮氣氛下，將上述混合后的硅基材料進行熱處理，燒結(jié)溫度為1200℃，燒結(jié)時間為500min。

將燒結(jié)得到的復合硅材料進行扣電測試，活性物質(zhì)比例為20％。本方法得到的材料電子導電率為7×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近6％。

實施例5

將納米氧化亞硅粉與銻酸鋰按質(zhì)量比為0.9：0.1的配比在酒精體系中進行攪拌，固含量為40％，時間為300min，然后對混合后的硅粉進行抽濾、烘干。在氮氣氛下進行熱處理，燒結(jié)溫度為200℃，燒結(jié)時間為30min。

將燒結(jié)得到的復合氧化亞硅材料進行扣電測試，活性物質(zhì)比例為20％。本方法得到的材料電子導電率為8×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近8％。

實施例6

將納米氧化亞硅粉與納米級硝酸鋰按質(zhì)量比為0.999：0.001的配比進行干混，時間為60min。然后在氮氣氛下，將上述混合后的硅基材料進行熱處理，燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)時間為600min。

將燒結(jié)得到的復合氧化亞硅材料進行扣電測試，活性物質(zhì)比例為20％。本方法得到的材料電子導電率為4×10³s/cm，且首效相比未進行處理的材料提高了近3％。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方法。

技術特征：

技術總結(jié)
本發(fā)明提供一種提高硅基負極材料電化學性能的方法，先將納米硅基材料與鋰鹽進行混合均勻；在保護氣氛下，對上述混合物進行熱處理得復合納米硅基材料；所述鋰鹽為硼族元素鋰鹽或氮族元素鋰鹽。本發(fā)明不僅能夠提高硅基材料的導電性，同時對硅基材料的首次庫倫效率有一定的提升作用；且工藝簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，有望在鋰離子電池領域得到很好的實際應用。

技術研發(fā)人員：樊少娟;楊立銘;王輝
受保護的技術使用者：合肥國軒高科動力能源有限公司
技術研發(fā)日：2017.07.01
技術公布日：2017.09.29