[发明专利]一种用于锂离子电池负极的SiOx-C复合材料的制备方法

说明书

本发明为一种用于制备锂离子电池负极的SiO_x‑C复合材料的方法。该方法采用柠檬酸作为碳源，与硅源混合得到溶胶，并将溶胶倒入培养皿成膜，制备出SiO_x‑C前驱体，之后在惰性气体气氛保护下高温煅烧制成SiO_x‑C复合材料。本发明可重复性强，生产成本低，操作步骤简单，适合大量生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料的技术领域，特别涉及一种用于锂离子电池负极的 SiO_x-C复合材料的制备方法。

背景技术

随着全球环境的日益恶化以及不可再生能源的不断消耗，我们必须重视新能源的开发和利用。近20年来，研究使用寿命久、能量密度高、安全无公害的新型化学电源一直是科研人员的工作重点。电池技术的发展和使用对能源结构的改变起到了重要作用。锂离子电池由于其性能非常优越，已经应用于各种移动设备，如智能手机、笔记本电脑等领域。随着锂离子电池的发展，能够应用于电动汽车领域和储能电站领域的高比能量、长寿命、低成本的锂离子电池将成为研究的重点。锂离子电池的负极材料是决定其电化学性能的关键因素，然而商业用的石墨负极材料理论容量仅为372mAh/g，难以满足人们对高比容量电池的需求。因此，寻找可以代替石墨的新型负极材料体系势在必行。

在各种非碳类负极材料中，硅材料(理论容量高达4200mAh/g)以其独特的优势和潜力有望成为具有发展前途的锂离子电池负极材料。然而，硅材料在嵌/脱锂过程中较大的体积变化，会造成材料结构的破坏和机械粉化，导致电极容量衰减迅速，极大降低了电池的循环性能，从而阻碍其产业化应用。

针对硅负极材料在产业化应用中所遇到的问题，目前研究者主要通过两种方法来改善硅负极的性质，即材料尺寸的纳米化和材料的复合化。纳米化是通过减小颗粒尺寸使体积膨胀产生的张力容易释放，以阻止颗粒破碎，同时缩短锂离子(Li⁺)的传输距离，加快传输速度；但是，单纯的硅纳米颗粒具有较高的表面能和缺陷，其热力学性质不稳定，容易在充放电过程中团聚，从而造成电池容量快速衰减。而复合化是将纳米硅材料与具有缓冲功能的材料混合，使其形成物理包覆等结构，这种结构一方面能缓冲硅体积膨胀/收缩引起的巨大应力效应和纳米颗粒的团聚，提高循环寿命，另一方面能提高硅材料的电导率，改善其倍率性能。CN 104362315 A报道了一种硅碳复合负极材料低成本制备方法，通过镁热反应还原纯化后原料石墨中的二氧化硅，获得多孔硅与石墨的复合物，再进行表面包覆，获得用于锂离子电池的硅碳复合负极材料。CN 102694155A报道了一种硅碳复合材料及其制备方法及使用该材料制备的锂离子电池。该硅碳复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将一氧化硅制得的二氧化硅包覆纳米硅的复合材料、多孔性碳基体材料、过量的氢氟酸溶液混合，得到多孔性碳基体材料孔隙间复合有纳米硅粒子的复合材料；(2)用高分子聚合物包覆多孔性碳基体材料孔隙间复合有纳米硅粒子的复合材料，在惰性气氛下，加热得到多孔碳球包覆的硅碳复合材料。 CN103441250A报道了一种锂离子二次电池用复合负极材料，它是以含硅氧化物为原料，与石墨和沥青球磨混合，添加导电金属盐，经高能球磨法和高温热处理制备得到。上述现有技术虽然通过掺杂碳使得硅基材料的导电性得到提高，但是普遍存在的缺点是：制备出的硅碳复合材料尺寸较大、分布不均匀，使充放电过程中仍然存在体积膨胀现象，从而限制材料的脱嵌锂性能、循环性能，且制备工艺复杂，可重复性差，影响了硅碳负极材料在锂离子电池中的广泛应用。因此，开发性能更加优异、稳定且制备过程简单、重复性好的硅碳复合材料以便更好地应用于锂离子电池的制备，这便成为本领域人员所关注的焦点。

发明内容