镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料，特别涉及一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、目前对硅基负极材料的研究主要集中在将硅粉与碳源材料进行球磨混合后热解，从而获得一氧化硅，以降低材料的膨胀并提高电子导电率。然而，这种方法仍然存在倍率性能差异和首次充放电效率低的问题。

2、现有技术中，常通过金属镁和金属锂与一氧化硅进行化学反应制备预锂化硅氧，以提高材料的首次充放电效率。然而，这种方法可能导致材料的功率性能下降，并且容易产生气体，降低加工性能。此外，这种预锂化硅氧需要在高温条件下制备，反应条件苛刻，一致性差，且存在功率性能偏差。

3、因此，现有技术需要进行改进。

技术实现思路

1、现有技术中，通过金属镁和金属锂的化学反应制备预锂化硅氧的方法仍有不足的地方，因此本发明提供一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池用于解决上述问题。

2、第一方面，本发明提供了一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其包括以下具体步骤：

3、s1、提供微米硅粉、二氧化硅和镁粉进行球磨混合，并加入羧甲基纤维素锂进行真空高温烧结，得到镁掺杂一氧化硅前驱体；

4、s2、将所述镁掺杂一氧化硅前驱体添加到质量浓度为1~10wt%金属盐溶液中，过滤，进行真空干燥，干燥后进行碳化，得到镁-金属共掺杂硅氧材料；

5、s3、将所述镁-金属共掺杂硅氧材料和预锂化剂混合，进行高温烧结，得到预锂化硅氧材料；

6、s4、将所述预锂化硅氧材料和有机试剂进行混合包覆，干燥，得到镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料。

7、在一种实现方式中，在s1中，各原料的质量比为硅粉：二氧化硅：镁粉：羧甲基纤维素锂=（20~25）:（40~50）:（5~20）:（10~20）；所述球磨混合的转速为500~1000r/min，球磨混合时间为30~300min；真空高温烧结温度为1500~2000℃，烧结时间为1~6h，真空环境为1~20pa。

8、在一种实现方式中，在s2中，所述镁掺杂一氧化硅前驱体和所述金属盐的质量比为100：（1~10）；碳化时间为1~6h，碳化温度为1000~1300℃。

9、在一种实现方式中，在s3中，镁-金属共掺杂硅氧材料和预锂化试剂质量比为100：（10-20）；s3中，烧结温度为700~1000℃，烧结时间1~6h。

10、在一种实现方式中，在s4中，所述预锂化硅氧材料和有机试剂的质量比为100：（1~5）。

11、在一种实现方式中，在s2中，所述金属盐包括醋酸银、草酸银、柠檬酸银、甲酸银、乙酸银、丙酸银、丙烯酸银和硬脂酸银中的任意一种，溶剂为去离子水。

12、在一种实现方式中，在s3中，所述预锂化试剂包括甲基锂、乙基锂、异丙基锂、叔丁基锂、正二十烷基锂和苯基锂中的任意一种。

13、在一种实现方式中，在s4中，所述有机试剂包括丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-乙烯基-2-羟基乙醇-丙烯酰胺共聚物中的任意一种。

14、第二方面，本发明还提供一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料，其采用上述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法制得，其包括内核和外壳，所述内核为镁-金属共掺杂硅氧材料，所述外壳为有机聚合物包覆层，所述外壳的质量占比为1~5%。

15、第三方面，本发明还提供一种锂离子电池，其采用本发明所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料作为负极材料。

16、有益效果：本发明通过球磨混合硅粉、二氧化硅和镁粉，提高材料的均匀性和稳定性；通过加入金属盐溶液，形成镁-金属共掺杂硅氧材料，增加了硅氧材料的导电性能和稳定性；通过加入预锂化剂进行高温烧结，形成预锂化硅氧材料，提高了材料的锂离子传导性能；通过外层包覆有机化合物，改善复合材料与电解液的相容性，形成金属/镁共掺杂的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料，提高了材料的循环稳定性、电化学性能和高温存储性能，提供一种简单的制备方法，同时提供一种功率性能好、循环性能优异的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料和锂离子电池。

技术特征：

1.一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

2.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s1中，各原料的质量比为硅粉：二氧化硅：镁粉：羧甲基纤维素锂=（20~25）:（40~50）:（5~20）:（10~20）；所述球磨混合的转速为500~1000r/min，球磨混合时间为30~300min；真空高温烧结温度为1500~2000℃，烧结时间为1~6h，真空环境为1~20pa。

3.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s2中，所述镁掺杂一氧化硅前驱体和所述金属盐的质量比为100：（1~10）；碳化时间为1~6h，碳化温度为1000~1300℃。

4.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s3中，镁-金属共掺杂硅氧材料和预锂化剂质量比为100：（10-20）；s3中，烧结温度为700~1000℃，烧结时间1~6h。

5.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s4中，所述预锂化硅氧材料和有机试剂的质量比为100：（1~5）。

6.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s2中，所述金属盐包括醋酸银、草酸银、柠檬酸银、甲酸银、乙酸银、丙酸银、丙烯酸银和硬脂酸银中的任意一种，溶剂为去离子水。

7.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s3中，所述预锂化剂包括甲基锂、乙基锂、异丙基锂、叔丁基锂、正二十烷基锂和苯基锂中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法，其特征在于，在s4中，所述有机试剂包括丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯腈共聚物、丙烯酸-乙烯基-2-羟基乙醇-丙烯酰胺共聚物中的任意一种。

9.一种镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料，其特征在于，采用权利要求1~8任意一项所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料的制备方法制得，其包括内核和外壳，所述内核为镁-金属共掺杂硅氧材料，所述外壳为有机聚合物包覆层，所述外壳的质量占比为1~5%。

10.一种锂离子电池，其特征在于，采用权利要求9所述的镁-金属共掺杂预锂化硅氧复合材料作为负极材料。

技术总结本发明涉及一种镁‑金属共掺杂预锂化硅氧复合材料及其制备方法和锂离子电池。制备方法包括以下具体步骤：提供微米硅粉、二氧化硅和镁粉进行球磨混合，并加入羧甲基纤维素锂进行真空高温烧结，得到镁掺杂一氧化硅前驱体；将镁掺杂一氧化硅前驱体添加到质量浓度为1~10wt%金属盐溶液中，过滤，进行真空干燥，干燥后进行碳化，得到镁‑金属共掺杂硅氧材料；将镁‑金属共掺杂硅氧材料和预锂化剂混合，进行高温烧结，得到预锂化硅氧材料；将预锂化硅氧材料和有机试剂进行混合包覆，干燥，得到镁‑金属共掺杂预锂化硅氧复合材料。本发明提供了一种功率性能好、循环性能优异的镁‑金属共掺杂预锂化硅氧复合材料和锂离子电池。技术研发人员：王预,吉凤君,郑娟,慈立杰受保护的技术使用者：深圳索理德新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27