[发明专利]一种硅基负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤，S1、通过微米级氧化亚硅粉末制备纳米级氧化亚硅粉末；S2、使用氧化剂对氧化亚硅表面进行液相氧化修饰；S3、对表面氧化处理后的氧化亚硅和碳酸锂进行混合煅烧处理，得到表面成膜的氧化亚硅样品；（4）S4、通过化学沉积法对氧化亚硅样品进行碳包覆。本发明所述的制备方法可明显提升材料的首次库伦效率及循环性能，过程简单、高效、环保，有利于硅碳负极材料的大规模生产。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，具体涉及一种硅基负极材料的制备方法。

背景技术

大幅度提高锂离子电池的能量密度不仅是智能手机、平板电脑等先进便携式电子产品的迫切需求，同时也是以电动汽车、规模储能为代表的新能源产业发展的紧迫需要，基于合金化反应的硅负极因具有高达4200mAh/g的理论储锂容量，被认为是下一代锂离子电池的理想选择，但是，硅与锂在合金化反应过程中，涉及巨大的体积膨胀(300％)，容易出现因颗粒粉化而导致失活，使得其循环稳定性较差，这一问题严重影响了硅基负极的实用化进程。

为了解决硅负极的循环稳定性问题，在过去的十余年间，人们提出了系列针对性的改善措施，包括硅的纳米化、合金化、及设计多孔硅纳米结构和采用超薄硅膜电极等，虽然上述一些措施可以在很大程度上减小或缓冲活性硅的体积效应、提高材料的循环稳定性，但由于往往涉及到复杂的制备工艺,限制了硅基负极的工业化应用，目前在硅碳负极材料的制备方面仍存在着以下问题：①首次库伦效率低；②循环寿命短；③倍率性能差；④材料生产效率低下；⑤原料的成本高昂，不利于产业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基负极材料的制备方法,以克服上述技术问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种硅基负极材料的制备方法，包括以下步骤，

S1、原料处理：通过微米级氧化亚硅粉末制备纳米级氧化亚硅粉末；

S2、表面氧化：以一定的质量体积比将纳米级氧化亚硅粉末和预先配制的氧化剂在恒温下进行搅拌，过滤得到氧化亚硅滤饼，对氧化亚硅滤饼进行真空恒温干燥；

S3、表面成膜：按一定的质量体积比将锂盐和乙醇溶液进行混合搅拌，得到混合溶液；再按一定的质量体积比将步骤(2)中制备的氧化亚硅滤饼与混合溶液混合后进行搅拌，完成后放入球磨罐中，以转速300～400r/min球磨8-10h，再在恒温干燥箱中以80-100℃烘干直至乙醇蒸发，得到氧化亚硅改性材料，最后将氧化亚硅改性材料放入真空干燥箱中干燥，得到表面成膜的氧化亚硅样品；

S4、CVD碳包覆：通过化学沉积法对氧化亚硅样品进行碳包覆，即可制得所述硅基负极材料。

进一步地，步骤(4)进行碳包覆前，还需进行下述步骤：将步骤(3)得到的样品置于管式高温炉中，以200ml/min的流量通入氮气直至管式高温炉的石英管中的空气排出，再以250ml/min的流量通入乙炔和氮气的混合气，先升温至500-550℃，保温1-2h，再升温至850-950℃，保温1-2h，关闭乙炔通气使氧化亚硅样品在氮气保护下自然冷却。

进一步地，步骤S1中，所述微米级氧化亚硅的粒径为5μm；所述纳米级氧化亚硅的粒径为50-900nm。

进一步地，步骤S2中，氧化剂为浓硫酸、硝酸、硫酸铈、双氧水中的一种或多种。

进一步地，步骤S2中，所述纳米级氧化亚硅粉末和预先配制的氧化剂的质量比为1:5-1:15。

进一步地，步骤S3中，所述锂盐和乙醇溶液的质量比为1:10-1:20。

进一步地，步骤S3中，所述氧化亚硅滤饼与混合溶液的质量比为1:15-1:25。