[发明专利]一种氧化亚硅/碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氧化亚硅/碳材料及其制备方法和应用。该制备方法包括：在低湿环境下，将具有共轭大π键的有机化合物溶解于有机溶剂中，得到有机溶液；将金属锂加入到有机溶液中，搅拌；加入氧化亚硅前驱体，搅拌；经过滤、清洗、干燥，在惰性气氛下进行高温退火处理，冷却，向乙醇‑水混合液中加入高温退火处理后得到的材料，搅拌，待材料表面不再有气泡产生；对制备的材料进行表面碳包覆，得到经过预膨胀的氧化亚硅/碳材料。本发明还提供了由上述制备方法得到的氧化亚硅/碳材料，其作为锂离子电池的负极材料可以克服因膨胀而导致的电池循环、高温性能差的问题，以及因为首次库伦效率低导致的容量、能量密度低的问题。

技术领域

本发明涉及一种经过预膨胀的氧化亚硅/碳材料的制备方法，属于锂离子电池制备技术领域。

背景技术

锂离子电池是目前商业化二次电池中能量密度最高的电池体系，商品化锂离子电池具有良好循环性和使用安全性，它在通讯、交通、电子设备、工业产品等领域获得了大量的应用，并且快速的获得更大的市场。近年来，锂离子电池的应用范围在向电动工具、电动/混动汽车、储能电站等大功率、大能量应用拓展。随着这类拓展的进行，锂离子电池容量偏低成为制约电池工业发展的一个瓶颈，寻找具有更高比容量的正极、负极材料已成为电池材料领域的一个极其重要发展方向。

自20世纪90年代初Sony公司推出商业化锂离子电池以来，还未发现一款比容量相对较高的正极材料，而该问题也始终没有得到较大的技术突破。所以正极材料研发的目标主要围绕降低材料成本，提高正极材料的安全性而展开。目前商业化的负极材料主要是以石墨为主，自锂离子电池商业化以来，关于石墨材料的研究取得了长足的发展进步，实际材料比容量提升较快，已非常接近372mAh/g的理论容量值，因此现有的基于石墨材料为主的负极材料在可预见的未来，将不能满足锂离子电池对功率密度以及能量密度的需求。寻找可以替代石墨的下一代锂离子电池负极材料成为目前锂离子电池相关研究的热点之一。

硅、金属锂、过渡金属氧化物均具有取代石墨的潜力。其中，硅的理论容量高达4200mAh/g，超过石墨容量的10倍，在可以合金化储锂元素中是容量最高的。并且其具有略高于石墨的电压平台，在充电时难以引起表面析锂，安全性能相比于石墨电极有较大的优势。另外，硅是地壳中丰度最高的元素之一，来源广泛、价格便宜、对环境无害。

然而，硅阳极材料迟迟未能实现大范围的商业化应用。在具备诸多优势的同时，硅阳极材料同样具有若干劣势。首先，硅阳极材料在充放电过程中会经历高达310％的体积变化，如此高的体积膨胀收缩，极易导致电极材料粉碎，与集流体、电极导电网络脱离接触，同时体积变化带来新表面的产生，需要形成新的固体-电解质界面(SEI)从而导致对电解液的大量消耗，进而导致循环寿命的大幅度降低。并且在循环过程中需要持续的生成SEI膜，目前的解决方案主要在电解液中加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)，而这将导致其高温性能的恶化。解决该问题的主要方向则是集中在合成硅基复合物，缓冲材料的体积膨胀，提高其循环稳定性。

针对硅材料的上述问题，工业上主要是在电解液、集流体、制程工艺、导电剂、粘结剂等方向做优化改善。需要这些方法都具有一定的改善效果，但离硅材料的实际应用还相差甚远。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种氧化亚硅/碳材料，该氧化亚硅/碳材料作为锂离子电池的负极材料可以克服因膨胀而导致的电池循环、高温性能差的问题，以及因为首次库伦效率低导致的容量、能量密度低的问题。

本发明的另一目的在于提供一种上述氧化亚硅材料/碳的制备方法。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种氧化亚硅/碳材料的制备方法，该制备方法包括：

在低湿环境下，将具有共轭大π键的有机化合物溶解于有机溶剂中，得到有机溶液；其中，有机溶液中有机化合物物质的量浓度为0.5mol/L-2mol/L；