[发明专利]一种纳米SiO-C复合材料及其制备锂离子电池负极材料的用途

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种纳米SiO‑C复合材料，以及其制备锂离子电池尤其是SiOx/CNTs锂离子电池负极材料的用途。本发明所述纳米SiO‑C复合材料以SiO为CaO为原料制备，利用高温下SiO的歧化反应得到Si和SiO₂，进而在高温下基于SiO₂和CaO进行反应，并进一步应用静电纺丝法将得到SiO‑CaSiO₃‑Si粒子包覆于碳纳米管内，对离子的包覆性更完全，对材料结构形貌的可控性更强，同时减少了小粒子团聚现象，提高了材料的库伦效率，改善了循环性能及首效性能，材料的电化学性能更优。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种纳米SiO-C复合材料，以及其制备锂离子电池尤其是SiOx/CNTs锂离子电池负极材料的用途。

背景技术

随着新能源技术的发展，锂离子电池因能量密度大、循环寿命长、倍率性能和安全性能好及绿色环保的优势，成为主要的能源产品。而随着电子科技的飞速发展，电子和动力产品越来越趋向小型化和轻量化，对锂离子电池的性能要求也越来越高，尤其是对锂离子电池能量密度的要求，在不影响使用性能的同时，希望锂离子电池具有更高的能量密度。为此，研究人员在通过不断寻求和提高正极比容量的同时，也在不断寻求和提高负极比容量来提高锂离子电池能量密度。

石墨类负极材料由于具有较好的循环性能等自身优势，已经得到最广泛的应用，但石墨类负极材料的储锂容量却较低，且嵌锂电位接近金属锂电位，存在高倍率充电困难的缺陷并存在一定的安全隐患。高容量硅基负极材料(4200mAh/g，远高于石墨负极材料理论比容量372mAh/g)的出现为高比能锂离子电池的研究提供了材料基础。然而，晶体硅在嵌、脱锂过程中体积变化高达310％，如此大的体积变化会造成材料结构破坏和机械粉化，从而导致活性材料之间以及活性材料与集流体之间的分离，进而使其失去电接触，致使容量衰减以及循环性能恶化。近年来，研究人员通过引入硅氧化物、金属以及石墨等作为缓冲材料用来缓冲和限制晶体硅在嵌、脱锂过程中体积变化所带来的张力，进而抑制硅的破碎，大大提高了硅基负极材料的电化学循环稳定性。然而，由于作为缓冲材料的硅氧化物在嵌锂过程中会与锂离子反应生成氧化锂等不可逆物，使得硅基负极材料的首次不可逆容量增加及首次库伦效率降低，限制了硅基负极材料的应用。对此，研究人员提出以SiO纳米结构通过与碳材料复合等方式提高SiO的电化学性能。

任玉荣等《SiO/CNTs：新型锂离子电池负极材料》通过化学沉积法(CVD)制备了碳纳米管包覆的SiO/CNTs复合材料。该方法利用甲烷作为碳源、SiO粉末做基体、镍做催化剂，制得SiO/CNTs复合材料。该复合材料用作锂离子电池负极材料表现出优于SiO的循环性能，测定其库伦效率为67.4％，经80次循环后，容量保持为63.4％。该方法通过CVD法在SiO表面生长CNT并将其包覆，相比于传统SiO材料，材料的循环性能在一定程度上得到改善，但首效过低等问题仍没有改善。另外，该方法包覆并不完全，使用CVD法在催化合成过程中，对CNTs的结构还不能做到随意控制。

可见，开发一种可用于锂离子电池负极材料的电化学性能更优、对离子的包覆性更完全、材料结构形貌的可控性更强的SiO-C复合材料对于锂离子电池性能的提高具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种纳米SiO-C复合材料，该材料具有更优的电化学性能，且对离子的包覆性更完全、材料结构形貌的可控性更强；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述纳米SiO-C复合材料的制备方法；

本发明所要解决的第三个技术问题在于提供上述纳米SiO-C复合材料用于制备锂离子电池尤其是SiOx/CNTs锂离子电池负极材料的用途。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种纳米SiO-C复合材料的制备方法，包括如下步骤：