CN110311118A - 一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法。制备方法主要包括原料准备、混料、装料、抽真空、加热反应及歧化热处理以及粉碎分级等步骤。使采用本发明提供的制备方法得到SiOx材料制备的锂离子电池具有优异的电化学性能。

Description

一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池材料领域，具体的说是一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法。
背景技术
随着智能手机、笔记本电脑等各种移动电子设备的广泛使用以及环境保护对新能源电动汽车的需求迫在眉睫，目前商用锂离子电池的能量密度和功率密度都达不到要求。因此，急需开发高容量的电极材料。
以Si 基材料为代表的新型高比容量负极材料受到了人们的广泛关注。其中，SiOx材料在发挥高比容量的同时，具有相比纯Si 更小的体积变化，在循环寿命方面更具实用潜力，因此也是目前高容量型负极材料中推广应用速度的。SiOx作为负极材料需要经过歧化热处理、碳包覆、复合等一系列后续处理，才能使其具有优异的电化学性能，以满足锂离子电池的应用。其中歧化热处理是重要的关键环节之一，目前的歧化热处理均是在SiOx制备后的后续工序中进行，如CN201610209607 “一种SiOxC负极材料制备方法”、CN201310352667“锂离子电池负极材料的制备方法”、CN201380054869“锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极和锂离子二次电池”、CN201310073878.3“锂离子电池用硅碳负极材料及其制备方法”等。SiOx的制备和歧化热处理步骤相互间隔，使得能源消耗增加，歧化程度控制不良，不能充分发挥材料的综合性能。
发明内容
本发明旨在提供一种锂离子电池用歧化SiOx材料及其制备方法，以使采用本发明提供的制备方法得到SiOx材料制备的锂离子电池具有优异的电化学性能。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案为：一种锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，包括以下步骤：
1）、按照1-2:3的质量比例分别称取硅粉和二氧化硅粉，硅粉和二氧化硅粉的粒度均为微米级；
2）、将步骤1）中称取到的硅粉和二氧化硅粉均匀混合，得混合物；
3）、将步骤2）中得到的混合物装填入加热炉中，将加热炉抽真空至0.075Pa以下；
4）、待真空度满足要求后，对加热炉的反应区加热，以10℃/min的加热速度升温至1200℃～1400℃，保温3～5小时，得到SiOx，其中的0.5≤x≤1.6；在反应区保温结束后，对加热炉的冷凝区进行加热，以10℃/min的升温速度升温至900℃～1000℃，保温1～2小时，制得歧化SiOx；
5）、将步骤4）中制得的SiOx进行粉碎分级处理，即得到锂离子电池用歧化SiOx材料。
优选的，步骤1）中硅粉的纯度为99.9%以上，粒度D50≤8μm；二氧化硅粉的纯度为99.5%以上，粒度D50≤8μm。
优选的，步骤2）中硅粉和二氧化硅粉通过高速混合机进行混合。
优选的，步骤6）中通过气流磨对歧化SiOx进行粉碎分级处理。
一种锂离子电池用歧化SiOx材料，由上述任意一种制备方法制备。
附图说明
图1为对比例未发生歧化反应的SiOx材料的衍射图谱；
图2为本发明实施例二的锂离子电池用歧化SiOx材料的衍射图谱。
有益效果
本发明在生产SiOx材料的过程中进行歧化反应，有效利用了SiOx的降温预热，节省了能源消耗，同时在用其制备锂电负极材料时省去了单独进行歧化的环节，提高了生产效率。
本发明中，制备的SiOx发生歧化反应生成纳米硅与二氧化硅的混合物，纳米硅弥散在SiOx基体中，通过该歧化SiOx制备的锂电负极材料的首次效率比未歧化的显著提高。在歧化SiOx制备过程中通过控制温度和时间，还可有效控制纳米硅的晶粒尺寸，避免硅晶粒尺寸过大导致的锂电池循环性能变差。
具体实施方式
下面以三个实施例对本发明的锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法进行详细的说明：
实施例一的锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，包括以下步骤：1）、按照1：2的质量比例分别称取硅粉和二氧化硅粉，硅粉和二氧化硅粉的粒度均为微米级；硅粉的纯度为99.9%以上，粒度D50≤8μm；二氧化硅粉的纯度为99.5%以上，粒度D50≤8μm；
2）、将步骤1）中称取到的硅粉和二氧化硅粉通过高速混合机均匀混合，得混合物；
3）、将步骤2）中得到的混合物装填入加热炉中，将加热炉抽真空至0.075Pa以下；
4）、待真空度满足要求后，对加热炉的反应区加热，以10℃/min的加热速度升温至1200℃，保温5小时，得到SiOx，其中的0.5≤x≤1.6；在反应区保温结束后，对加热炉的冷凝区进行加热，以10℃/min的升温速度升温至900℃，保温2小时，制得歧化SiOx；
5）、将步骤4）中制得的SiOx通过气流磨进行粉碎分级处理，即得到实施例一的锂离子电池用歧化SiOx材料。
实施例二的锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，包括以下步骤：1）、按照1：2.5的质量比例分别称取硅粉和二氧化硅粉，硅粉和二氧化硅粉的粒度均为微米级；硅粉的纯度为99.9%以上，粒度D50≤8μm；二氧化硅粉的纯度为99.5%以上，粒度D50≤8μm；
2）、将步骤1）中称取到的硅粉和二氧化硅粉通过高速混合机均匀混合，得混合物；
3）、将步骤2）中得到的混合物装填入加热炉中，将加热炉抽真空至0.075Pa以下；
4）、待真空度满足要求后，对加热炉的反应区加热，以10℃/min的加热速度升温至1300℃，保温4小时，得到SiOx，其中的0.5≤x≤1.6；在反应区保温结束后，对加热炉的冷凝区进行加热，以10℃/min的升温速度升温至950℃，保温1.5小时，制得歧化SiOx；
5）、将步骤4）中制得的SiOx通过气流磨进行粉碎分级处理，即得到实施例二的锂离子电池用歧化SiOx材料。
实施例三的锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，包括以下步骤：1）、按照1:3的质量比例分别称取硅粉和二氧化硅粉，硅粉和二氧化硅粉的粒度均为微米级；硅粉的纯度为99.9%以上，粒度D50≤8μm；二氧化硅粉的纯度为99.5%以上，粒度D50≤8μm；
2）、将步骤1）中称取到的硅粉和二氧化硅粉通过高速混合机均匀混合，得混合物；
3）、将步骤2）中得到的混合物装填入加热炉中，将加热炉抽真空至0.075Pa以下；
4）、待真空度满足要求后，对加热炉的反应区加热，以10℃/min的加热速度升温至1400℃，保温3小时，得到SiOx，其中的0.5≤x≤1.6；在反应区保温结束后，对加热炉的冷凝区进行加热，以10℃/min的升温速度升温至1000℃，保温1小时，制得歧化SiOx；
5）、将步骤4）中制得的SiOx通过气流磨进行粉碎分级处理，即得到实施例三的锂离子电池用歧化SiOx材料。
将实施例二中所制得的锂离子电池用歧化SiOx材料和未发生歧化反应的SiOx材料作为对比例分别进行衍射检测，其中对比例的衍射图谱如图1所示，实施例二的衍射图谱如图2所示，由图1及图2可知，对比例中只有SiOx的非晶峰。而本发明实施例二中除SiOx的非晶峰外，出现了纳米硅晶体峰，通过Scherrer公式可计算硅晶粒尺寸。

Claims (5)

1.一种锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、按照1-2:3的质量比例分别称取硅粉和二氧化硅粉，硅粉和二氧化硅粉的粒度均为微米级；
2）、将步骤1）中称取到的硅粉和二氧化硅粉均匀混合，得混合物；
3）、将步骤2）中得到的混合物装填入加热炉中，将加热炉抽真空至0.075Pa以下；
4）、待真空度满足要求后，对加热炉的反应区加热，以10℃/min的加热速度升温至1200℃～1400℃，保温3～5小时，得到SiOx，其中的0.5≤x≤1.6；在反应区保温结束后，对加热炉的冷凝区进行加热，以10℃/min的升温速度升温至900℃～1000℃，保温1～2小时，制得歧化SiOx；
5）、将步骤4）中制得的SiOx进行粉碎分级处理，即得到锂离子电池用歧化SiOx材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中硅粉的纯度为99.9%以上，粒度D50≤8μm；二氧化硅粉的纯度为99.5%以上，粒度D50≤8μm。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中硅粉和二氧化硅粉通过高速混合机进行混合。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用歧化SiOx材料的制备方法，其特征在于：步骤6）中通过气流磨对歧化SiOx进行粉碎分级处理。
5.一种锂离子电池用歧化SiOx材料，其特征在于：由权利要求1-4的任意一种制备方法制备。
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