[发明专利]一种硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料及其制备方法和应用。所述硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料是通过球磨‑煅烧‑球磨三步法制备得到：首先将硅铁合金在惰性气体中进行球磨，避免球磨过程中造成的不可控制的氧化过程，然后将球磨后的硅铁合金进行高温煅烧得到硅铁合金@硅氧化物，最后将煅烧后得到的硅铁合金@硅氧化物与一定比例的石墨混合后再进行球磨，得到目标产物。该复合材料作为锂离子电池的负极材料，表现出高的比容量，良好的倍率性能和优异的循环性能，适合作为动力离子电池的负极材料。同时，该制备工艺过程不涉及到复杂的化学反应，不使用溶剂，成本低廉且可容易放大，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子负极材料制备领域，具体涉及一种硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球经济的深入发展，对于能源的需求量越来越大。传统的化石能源，例如石油，煤炭与天然气等，因为其短期内不可再生与人类的大量使用，对环境造成的不可逆的伤害，促使科研工作者积极的研发清洁的新能源。然而，例如风能，太阳能，潮汐能等传统的新能源会受到季节，地域等因素的制约，而且，这些能源因为不稳定且存在间歇性，所以不能连续稳定的提供电能，所以需要大型的储能设备去储存能量。而在现有的储能设备中，锂离子电池拥有可便携程度高，能量密度大，寿命长等优点，所以锂离子电池在社会发展的方方面面都发挥着越来越重要的作用。目前，锂离子电池在电动/混合动力汽车、便携的电子设备、大型的二次储能设备等领域的需求缺口越来越大，所以，对于更长寿命，廉价和更高比容量的锂离子电池材料的研究就十分有价值。

负极材料作为锂离子电池的核心组成部分，对电池的性能有着至关重要的影响。目前商业上常采用石墨作为锂离子电池的负极材料，其理论比容量只有372mAh/g，且倍率性能不佳，这严重制约了高性能锂离子电池的发展和规模应用。研究表明，硅作为锂离子电池负极材料，具有极高的理论比容量(3579mAh/g)、较低的放电平台(0.5V)和环保友好等优点，近年来受到研究人员的特别关注，被认为是最有潜力的未来锂离子电池负极材料之一(Energy Environ.Sci.,2011,4,2682–2699)。然而，不可忽视的是，硅作为锂离子电池负极材料也存在着诸多的缺点，例如，硅材料的本征导电率不高，导致其倍率性能不佳；同时，硅在锂化和去锂化的过程中存在着巨大的体积形变(300％)的问题会导致形成的SEI膜不稳定，活性物质容易从集流体脱落下来，严重影响电池循环性能。这些问题都严重制约了硅负极材料在锂离子电池的工业化应用(Nano Energy,2017,31,113–143)。因此，本领域急需采用一条工艺制备简单的路线制备出一种环境友好、价格低廉的高性能锂离子电池负极材料。

发明内容

针对以上不足之处，本发明的首要目的在于提供了一种硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅铁合金在惰性气氛中进行球磨，然后将球磨后得到的产物于600～800℃下煅烧，冷却后得到硅铁合金@硅氧化物；

(2)将所述硅铁合金@硅氧化物和石墨按硅铁合金@硅氧化物：石墨的质量比为1:3～1:1混合，再次于惰性气氛中球磨即得到所述硅铁合金@硅氧化物/石墨复合材料。

优选的，步骤(2)所述硅铁合金@硅氧化物：石墨的质量比为3:5。

优选的，步骤(1)所述煅烧的时间为3～10小时。

优选的，步骤(1)所述将球磨后得到的产物于800℃下煅烧4小时，得到硅铁合金@硅氧化物。