[发明专利]锂离子电池硅氧碳基负极材料及其制备方法

说明书

锂离子电池硅氧碳基负极材料及其制备方法，它涉及锂离子电池负极材料及其制法。它是要解决现有的SiOC负极材料容量低、循环性能差的技术问题。本发明的负极材料是硅氧碳纳米颗粒或硅‑硅氧碳复合纳米颗粒。制法：把有机硅烷加入到碱液中反应得到微球乳液，再破乳，离心分离出聚倍半硅氧烷微球；将中空SiO₂纳米带与微球混合后高温热解，再去除SiO₂，得到硅氧碳纳米颗粒；它的首次放电容量1500～1550mAh/g，循环100次后容量保有率60％。将纳米硅粉与微球混合后高温热解，得到硅‑硅氧碳复合纳米颗粒。它的首次放电容量1000～1500mAh/g，循环100次后容量保有率85％。均可用于锂离子二次电池领域。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于循环稳定性能好，能量密度高，原料无毒无污染等特点，已逐渐发展成为二次电池的市场的主体。锂离子电池的负极材料对电池的循环稳定性和容量影响巨大。硅可以和锂形成二元合金，且具有很高的理论容量(4200mAh/g)而成为具有前景的锂电池负极材料，同时，硅还具有低的脱嵌锂电压平台(低于0.5V vs Li/Li⁺)，与电解液反应活性低及在地壳中储量丰富、价格低廉的优点，但是硅负极材料在合金化过程中的体积膨胀高达300％，单独使用极易从集流体上剥离脱落，造成极片露箔引起电化学腐蚀和短路等现象，影响电池的安全性和使用寿命；同时硅材料巨大体积膨胀会使得硅负极材料无法形成稳定的SEI膜，在充放电过程中SEI膜不断的破碎建立，加剧锂离子的消耗，最终影响电池性能。

SiOC复合材料嵌锂活性位点多，结构稳定，制备工艺简单，成本低廉，是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料。公开号为CN1042416191A的中国专利中公开了一种锂离子电池用硅合金基负极材料，该材料是由多孔的硅氧碳骨架结构及填充在基体中的尺寸低于10微米的硅合金组成，但是该材料的容量仅为490～710mAh/g，而且循环性能也较差。

发明内容

本发明是要解决现有的锂离子电池的Si负极材料循环性能差、SiOC负极材料容量低、循环性能差的技术问题，而提供锂离子电池硅氧碳基负极材料及其制备方法。

本发明的锂离子电池硅氧碳基负极材料是硅氧碳纳米颗粒或硅-硅氧碳复合纳米颗粒，纳米颗粒的粒径为100～150nm。

上述的锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、按NaOH溶液：曲拉通-100的体积比为100:(0.1～1.0)的比例将NaOH溶液与曲拉通-100混合，在温度为20～70℃的油浴中搅拌均匀后，向混合液中加入有机硅烷R₁Si(OR₂)₃，搅拌1～5h，得到聚倍半硅氧烷微球乳液；其中有机硅烷R₁Si(OR₂)₃中R₁为饱和烷基、不饱烷基或芳香烃基，R₂为甲基或乙基；

二、向聚倍半硅氧烷微球乳液中加入醋酸，将乳液的pH调节至中性，搅拌破乳，得到聚倍半硅氧烷微球悬浊液；再将悬浊液离心分离，去掉上层清液，固相物再用乙醇清洗，离心分离后干燥，得到聚倍半硅氧烷微球；

三、按中空SiO₂纳米带与聚倍半硅氧烷微球的质量比为(2～10)：100称取中空SiO₂纳米带与聚倍半硅氧烷微球并放于石英舟中，混匀后将石英舟放入炉中，在Ar气保护下，升温至800～1200℃热解1～5h，得到中空SiO₂-硅氧碳复合材料；再用氢氟酸溶液洗涤去除去中空SiO₂纳米带，得到锂离子电池硅氧碳基复合负极材料，该材料为硅氧碳纳米级颗粒。

上述的锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备方法，按以下步骤进行：