本发明属于锂离子电池负极领域,尤其涉及一种高温存储性能硅负极材料及其制备方法。
背景技术:
1、最近随着电子便携设备和电动汽车的发展,其对电池的体积、重量、容量和经济性提出了更高的要求,因此对高能量密度电池有着迫切的需求。目前提高电池能量密度的方式是采用氧化亚硅作为负极材料,其理论容量达到2100mah/g,远高于目前商业化的高端石墨负极容量,成为最具开发潜力的电池负极材料之一。
2、现有硅负极材料包覆,主要采用cvd气相包覆,在cvd高温工艺条件下,使用甲烷、乙烯、乙炔及其它气态烷烃、烯烃、炔烃等作为有机气源,有机气体分解后,生成碳分子、氢气、中间有机分解等,碳分子附着于硅材料颗粒表面,形成简单的包覆碳层,以此减少硅材料同电解液副反应的发生。市场上已开发的这种硅负极前驱体材料,拥有1300-2000mah/g的高克容量,但搭配石墨制作电池后,高温存储性能较差。因此,如何升硅负极材料电池的高温存储性能,是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是,克服以上背景技术中提到的不足和缺陷,提升原有工艺制备硅负极材料的高温存储性能,提供一种高温存储性能硅负极材料及其制备方法。
2、为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
3、一种高温存储性能硅负极材料,包括氧化亚硅颗粒,在所述氧化亚硅颗粒的表面包覆氮化硅和碳的复合层。
4、上述的高温存储性能硅负极材料,优选的,在所述高温存储性能硅负极材料中,碳的质量百分比为0.1-0.5%,氮的质量百分比为1.5-5%。
5、优选的,所述氮化硅和碳的复合层的厚度为10-30nm。
6、基于一个总的发明构思,本发明还提供一种高温存储性能硅负极材料的制备方法,包括如下步骤:
7、(1)将氧化亚硅颗粒加入密闭反应容器中,在氮气保护气氛下,加热至预定温度;
8、(2)将有机气体、气态四氯化硅、氮气的混合气体通入所述密闭反应容器中,进行反应,直至在氧化亚硅颗粒表面形成氮化硅复合碳层,即得到所述的高温存储性能硅负极材料。
9、上述的制备方法,优选的,所述硅粉末的粒度d50为4-15,所述氧化亚硅颗粒的粒度d50为5μm。
10、优选的,所述密闭反应容器为cvd炉。
11、优选的,所述加热的温度控制在800-1100℃。
12、优选的,所述有机气体为甲烷、乙烯或乙炔。
13、优选的,四氯化硅常温下为液体,所述气态四氯化硅由四氯化硅液体形态加热至100℃以上形成气态后得到。
14、优选的,所述反应的时间为2h以上。
15、sicl4常温下是液态,100℃以上会变成气态,800℃以上时,在含氢气的环境下会反应得到硅原子,再同氮气反应。本发明通过引入气态sicl4(先行加热变为气态),并借助保护气氛n2、甲烷等有机气体分解产生的h2,在高温条件下,cxhy(高温)→c+cmhn(中间产物可能有多种)+h2,sicl4+2n2+6h2(高温)→si3n4+12hcl,可同时形成碳、氮化硅分子包覆在硅负极材料表面;并通过碳、氮化硅分子复合包覆层,使得到的硅负极材料制备电池的高温存储性能明显提升。
16、与现有技术相比,本发明的有益效果为:
17、1、本发明在硅负极材料表面形成氮化硅和碳的复合层,显著改善硅负极材料的高温存储性能和循环性能。
18、2、本发明的方法操作简单,可以继续使用原有工艺的cvd设备,通过引入气态sicl4,同时在硅负极材料表面形成氮化硅复合碳层,提高电池的高温存储性能和循环性能。
1.一种高温存储性能硅负极材料,其特征在于,包括氧化亚硅颗粒,在所述氧化亚硅颗粒的表面包覆氮化硅和碳的复合层。
2.根据权利要求1所述的高温存储性能硅负极材料,其特征在于,在所述高温存储性能硅负极材料中,碳的质量百分比为0.1-0.5%,氮的质量百分比为1.5-5%。
3.根据权利要求1或2所述的高温存储性能硅负极材料,其特征在于,所述氮化硅和碳的复合层的厚度为10-30nm。
4.一种如权利要求1所述的高温存储性能硅负极材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述氧化亚硅颗粒的粒度d50为4-9μm。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述密闭反应容器为cvd炉。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述加热的温度控制在800-1100℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述有机气体为甲烷、乙烯或乙炔。
9.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述气态四氯化硅由四氯化硅液体形态加热至100℃以上形成气态后得到。
10.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述反应的时间为2h以上。