[发明专利]一种高非晶态一氧化硅材料、制备方法及其用途

说明书

本发明涉及一种高非晶态一氧化硅材料，其化学式为SiOx（0.9<x<1.1），晶体结构非晶化程度高，通过X射线衍射而得到的XRD图谱中，对应在2θ=20~26°附近产生的SiO₂峰值点处相对于基线的峰值强度P₁≤100a.u.；同时对应在2θ=27.0~30.0°范围内产生的Si峰值点处相对于基线的峰值强度P₂≤100a.u.。该材料用作传统镀膜材料领域用蒸镀材料时，可抑制喷溅的产生，不会产生针孔等缺陷，可形成气体阻挡性优异的蒸镀膜；该材料用作新兴锂离子电池负极材料领域用负极材料时，首次充电容量高，首次充放电效率高（首次放电容量/首次充电容量），循环性能好（循环之后容量维持率高），体积膨胀小。

技术领域

本发明涉及镀膜材料和锂离子电池负极材料等领域，具体地，本发明涉及一种高非晶态一氧化硅材料、制备方法及其用途。

背景技术

一直以来，一氧化硅作为镀膜材料有如下独特的特性，如：气体阻隔性高（氧、水、芳香性气体）、透明性出色、绝缘电阻高、介电常数优良以及特有的光学特性；已被运用到诸多领域，如：食品、药品、精密电子部件包装用材料、 薄膜电容器、玻璃等的保护膜和防反射膜，另外还可作为精细陶瓷合成原料等。

研究报道发现一氧化硅材料还可以作为锂离子电池负极材料，因其对锂具有电化学活性，拥有其它材料无法比拟的高容量优势（容量理论上可达2000mAh/g以上，是传统碳素类材料的5倍以上），且具有独特的微观晶体构造，使其在充放电过程中体积膨胀小；可大幅度提升电池能量密度的同时，高安全、长寿命，环境友好无污染。

经查阅文献和相关资料，下述四个反应都可以生成一氧化硅：

SiO₂+H₂→SiO+H₂O ……（1）

SiO₂+C →SiO+CO ……（2）

SiO₂+SiC→2SiO+C ……（3）

SiO₂+Si→2SiO ……（4）

考虑到实际产业化制作困难程度、成本等因素，上述第（4）个反应制备一氧化硅的方式是较适用的，也是业内最通用的制作获取一氧化硅的方法。该方法在《无机化合物合成手册》，日本化学会编，化学工业出版社，P254-P256（1983）中有公开：将Si与SiO₂粉末按1：1（摩尔比）的混合物，在10^-4托（1托=133.3Pa）真空条件下，置于1250～1300℃温度下加热4小时反应，在温度较低的另一端冷凝析出产物即为一氧化硅。

关于一氧化硅的结构一直存在争议，学术界大家较公认的一种构造是：Si微晶畴分散在SiO₂微晶畴中的一种随机混合模型构造；在X射线粉末衍射仪测定图谱中来看，对应2θ=20~26°范围内的SiO₂峰和2θ=27.0~30.0°范围内的Si峰二者峰高越低表明一氧化硅的非晶化程度越高，其品质也就越好。