预锂化负极材料及其制备方法、预锂化电化学装置和应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种预锂化负极材料及其制备方法、预锂化电化学装置和应用，涉及电池材料技术领域。该预锂化负极材料包括硅基负极材料以及包覆在硅基负极材料表面的人工SEI膜，其中，人工SEI膜主要是由含有含氟添加剂七氟丙基1,2,2,2

【技术实现步骤摘要】
预锂化负极材料及其制备方法、预锂化电化学装置和应用


[0001]本专利技术属于电池材料
，涉及一种预锂化负极材料及其制备方法、预锂化电化学装置和应用。

技术介绍

[0002]伴随着全球新能源行业的蓬勃发展，锂离子电池由于其能量密度高、自放电低、寿命长、绿色环保、成本合理等优点，广泛应用于电子产品、电动工具、电动汽车以及储能领域等。随着人们对能源储备需求的不断增加，锂离子电池需要承载更高地能量密度，体现出更佳优异的电化学性能。
[0003]硅基负极因具有较高的理论比容量，已成为国内外高能量密度锂离子电池负极材料领域的研究热点。然而，在充放电过程中硅基负极材料体积膨胀率高，硅颗粒易发生破裂和粉化，影响电极机械结构完整性，同时硅基负极材料表面SEI膜反复的破裂与形成，消耗了大量的电解质与活性锂离子，导致锂电池内阻增大，电化学性能下降，尤其在高温下SEI膜稳定性变差，副反应加剧，锂电池性能严重恶化。因此，开发稳定的SEI膜，提高硅基负极材料界面稳定性，改善锂电池的高温存储性能与循环性能至关重要。
[0004]例如，中国专利申请CN115036492A公开了一种锂离子电池表面改性硅负极材料的制备方法，具体是将PAN包覆于Si表面，Si表面包覆的PAN在热处理条件下能跟S或Se反应，生成PANS或PANSe，PANS/Se通过联苯锂
‑
四氢呋喃溶液浸泡预锂后生成PAN
‑
Li
x
S/Se人工SEI膜，有效改善硅基负极锂离子电池的首次库仑效率、循环性能和倍率性能。然而联苯锂
‑
四氢呋喃溶液具有较高的可燃性，安全隐患大，且PAN
‑
Li
x
S/Se作为人工SEI膜，一方面PAN不导电，另一方面其充放电过程中易产生不导电残基(S,SeO3)，影响电极空间连续性，制约电子传输。
[0005]中国专利申请CN113745519A公开了一种具有人工SEI膜的硅基负极材料及其制备方法和应用，将硅基负极材料和琼脂糖混合后加热，然后进行干燥，得到硅基负极材料。本专利技术制得的硅基负极材料中硅基负极材料和琼脂糖结合性好，琼脂糖中非极性键提高了离子电导率，极性基团抑制了锂枝晶的生长，降低了首次充放电消耗的锂离子，进而降低电池的不可逆容量，提高电池首次库伦效率和循环稳定性。然而该人工SEI膜不含Li，与电解液组分接触电阻大，降低电池电性能。
[0006]综上所述，现有技术仍缺少一种能缓解硅基负极材料体积膨胀且具备化学性质稳定人工SEI膜的负极材料及制备方法。有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足及缺陷，本专利技术旨在提供一种预锂化负极材料及其制备方法，以制备能够缓解硅基负极材料体积膨胀且具备化学性质稳定人工SEI膜的预锂化负极材料。
[0008]为了实现上述目的，采用如下的技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种预锂化负极材料，包括硅基负极材料以及包覆在所述硅基负极材料表面的人工SEI膜；
[0010]其中，用于形成所述人工SEI膜的电解液包括锂盐、含氟添加剂和溶剂，所述含氟添加剂包括七氟丙基1,2,2,2
‑
四氟乙醚，所述溶剂包括醚类有机溶剂。
[0011]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，以电解液质量为100％计，所述含氟添加剂在所述电解液中的质量分数为5
‑
15％；
[0012]和/或，所述电解液与所述硅基负极材料的质量比为(40
‑
60)：(40
‑
60)。
[0013]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合；
[0014]和/或，所述溶剂包括1,3
‑
二氧戊烷、1,2
‑
二甲氧基乙烷、乙二醇二甲醚、二乙醚或2,2
‑
二甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)
‑
1,3
‑
二氧戊环醚中的任意一种或至少两种的组合；
[0015]和/或，以电解液质量分数为100％计，所述电解液包括以下质量分数的各组分：锂盐5
‑
15％，含氟添加剂5
‑
15％和溶剂70
‑
90％。
[0016]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述硅基负极材料包括纯硅负极材料、硅碳负极材料或硅氧负极材料中任意的一种或至少两种的组合。
[0017]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，所述人工SEI膜的主要成分包括Li2CO3和LiF；
[0018]和/或，所述人工SEI膜的厚度为50
‑
300nm。
[0019]本专利技术还提供了上述预锂化负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0020]将硅基负极材料与电解液形成的混合溶液置于惰性气氛中，在一定流量、电压窗口以及电流密度下对其进行充放电处理，以使硅基负极材料表面形成人工SEI膜；
[0021]对充放电处理后的混合溶液进行离心分离，将分离得到的固体物质进行洗涤和真空干燥，得到预锂化负极材料。
[0022]进一步的，在本专利技术上述技术方案的基础之上，惰性气氛包括氦气或氩气；
[0023]和/或，流量为0.01
‑
1L/min；
[0024]和/或，电压窗口为2.0
‑
0.005V；
[0025]和/或，电流密度为1/600
‑
1/10C；
[0026]和/或，在充放电处理前，还包括对置于惰性气氛中的混合溶液进行搅拌和加热处理的步骤，搅拌时的转速为500
‑
2000rpm/min，加热处理的温度为25
‑
50℃；
[0027]和/或，充放电处理时，充放电循环的次数为1
‑
5次；
[0028]和/或，洗涤所采用的溶剂包括纯水、乙醇或碳酸二甲酯中的任意一种或至少两种的组合；
[0029]和/或，干燥的温度为
‑
50～80℃，干燥的时间为10
‑
20h。
[0030]本专利技术还提供了一种用于实施上述预锂化负极材料的制备方法的预锂化电化学装置，包括预锂化装置以及与所述锂化装置连通的循环装置；
[0031]所述预锂化装置包括补锂箔材、隔膜、夹板、加热搅拌装置和铜箔，所述补锂箔材和隔膜层叠设置在所述夹板上，所述隔膜位于所述补锂箔材和夹板之间，所述铜箔位于所述夹板远离补锂箔材的一侧，所述铜箔与所述夹板形成一内部电路空间用于存储硅基负极材料和电解液形成的混合溶液，所述铜箔与所述夹板形成的内部电路空间内还设置有加热
搅拌装置；
[0032]所述循环装置包括真空罐和蠕动泵，所述真空罐与所述预锂化装置的内部电路空间通过管路连通，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预锂化负极材料，其特征在于，包括硅基负极材料以及包覆在所述硅基负极材料表面的人工SEI膜；其中，用于形成所述人工SEI膜的电解液包括锂盐、含氟添加剂和溶剂，所述含氟添加剂包括七氟丙基1,2,2,2
‑
四氟乙醚，所述溶剂包括醚类有机溶剂。2.根据权利要求1所述的预锂化负极材料，其特征在于，以电解液质量为100％计，所述含氟添加剂在所述电解液中的质量分数为5
‑
15％；和/或，所述电解液与所述硅基负极材料的质量比为(40
‑
60)：(40
‑
60)。3.根据权利要求1所述的预锂化负极材料，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂或硝酸锂中的至少一种；和/或，所述溶剂包括1,3
‑
二氧戊烷、1,2
‑
二甲氧基乙烷、乙二醇二甲醚、二乙醚或2,2
‑
二甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)
‑
1,3
‑
二氧戊环醚中的至少一种；和/或，以电解液质量分数为100％计，所述电解液包括以下质量分数的各组分：锂盐5
‑
15％，含氟添加剂5
‑
15％和溶剂70
‑
90％。4.根据权利要求1所述的预锂化负极材料，其特征在于，所述硅基负极材料包括纯硅负极材料、硅碳负极材料或硅氧负极材料中的至少一种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的预锂化负极材料，其特征在于，所述人工SEI膜的主要成分包括Li2CO3和LiF；和/或，所述人工SEI膜的厚度为50
‑
300nm。6.权利要求1
‑
5任一项所述的预锂化负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硅基负极材料与电解液形成的混合溶液置于惰性气氛中，在一定流量、电压窗口以及电流密度下对其进行充放电处理，以使硅基负...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊珊，黄龙，张文瑞，王浩，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：