[发明专利]一种高性能Si@SnO2

说明书

本发明公开了一种高性能Si@SnO₂@C复合材料及其制备方法和应用，通过表面改性处理先在高容量的纳米硅表面引入官能团，接着原位沉积一层均匀的SnO₂层，然后通过原位聚合酚醛树脂引入均匀碳层前驱体，通过高温煅烧制备得到高性能多层核壳结构的复合材料；本发明还公开了一种高性能Si@SnO₂@C复合材料及其应用。本发明根据锂电池Si负极材料充放电循环中易于发生体积效应的特点，通过在活性物质的中间层外面包覆双重包覆层，从而有效地改进电极材料的电化学性能；同时，该层SnO₂层的作用不仅限于惰性的包覆媒介，在0.01‑3V更为宽泛的电位下同样能作为储锂材料，SnO₂层同样发生体积效应，能为发生体积效应更为显著的硅提供充分的缓冲空间。这样的设计结构有利于延长硅基材料的循环性能，并提高可逆容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硅基负极材料技术领域，具体涉及一种高性能 Si@SnO₂@C复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有开路电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效果、少污染以及自放电率小等优点，它在总体性能上优于其它传统二次电池，一致被认为是各种便携式电子设备及电动汽车用最为理想的电源。传统锂离子电池负极材料石墨虽然循环稳定性好以及性价比较高，但是由于其充放电比容量较低，体积比容量更是没有优势，难以满足动力系统特别是电动车及混合电动车对电池高容量化的要求。因此开发具有高比容量、高充放电效率、长循环寿命的新型锂离子电池负极材料极具迫切性。

硅基材料因具有较高的理论嵌锂容量而越来越受瞩目。硅基材料若能达到实用化程度，必将使锂离子电池的应用范围大大拓宽。但是，硅基材料电导率较低，且在高程度脱嵌锂条件下，存在严重的体积效应，造成电极的循环稳定性较差。针对这些高容量的负极材料的体积效率与低电导率的缺点，将之与具有弹性、性能稳定且导电性能好的载体复合，缓冲活性材料的体积变化，将是保持高容量的同时提高其循环稳定性的有效途径。碳由于拥有较轻的质量，较好的导电性，较低的嵌锂电位，脱嵌过程中体积变化小及价格低廉等诸多优点等被广泛运用在负极复合材料中。

由于硅体积效应的必然性，诸多的研究表明，即使是复合一定比例的碳材料，硅基材料在高强度的充放电情况下经历反复的充放电循环仍然会有一定程度的破坏，原因即是碳基材料较低的形变不能持续维持复合结构的完整性。因此，需要设计特殊的弹性结构用以缓冲其剧烈的体积效应。氧化锡作为一种锂离子电池的负极材料也备受关注。氧化锡材料同样作为金属氧化物负极材料的一种，其同样存在体积效应的问题，但其体积效应(300％)比硅基(400％)材料小。如何设计利用这一特点进行设计制备新型的硅基复合材料，目前尚未见相关报道。

发明内容

针对现有问题的不足，本发明的第一个目的是提供一种高性能Si@SnO₂@C 复合材料的制备方法；

本发明的第二个目的是提供一种高性能Si@SnO₂@C复合材料；

本发明的第三个目的是提供一种高性能Si@SnO₂@C复合材料在制备复合电极方面的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种高性能Si@SnO₂@C复合负极材料的制备方法，通过表面改性处理先在高容量的纳米硅表面引入官能团，接着原位沉积一层均匀的SnO₂层，然后通过原位聚合酚醛树脂引入均匀碳层前驱体，通过高温煅烧制备得到高性能多层核壳结构的复合材料。该复合负极材料最大的应用特点是在0.01-3V更为宽泛的电位下具有更优越的储锂性能。

进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)在Si纳米材料进行表面改性处理；