[发明专利]一种碳包覆氧化亚硅纳米棒的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳包覆氧化亚硅纳米棒的制备方法，以硅烷、甲醇、乙醇和碳源为原料，采用水热以及高温煅烧的方法，制备一种碳包覆氧化亚硅纳米棒材料。具体为将氨水溶液和间苯二酚添加到由无水乙醇和去离子水组成的溶液中。将混合物在室温下搅拌均匀后，添加CTAB并继续搅拌。然后依次加入醛类和硅烷，并在室温下搅拌24小时。随后，将混合物转入高压釜中80℃，静置24小时。离心回收固体产物，并在80℃下真空干燥8小时。将干燥的样品在管式炉中惰性气体氛围下，高温煅烧，得到最终产物。本发明提高SiO x的导电性，从而有效提高了锂电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电极材料，特别涉及一种碳包覆氧化亚硅纳米棒的制备方法。

技术背景

便携式电子设备、电动汽车和储能系统对高比能量、高比功率、长寿命、低成本的二次电池需求已经越来越迫切。锂离子电池由于其众多的优点，成为二次能源领域备受关注的主角。

电池的性能主要取决于电极材料。Si基材料作为锂离子电池负极材料，与锂可形成Li ₂₂ Si ₅ 合金，具有很高的质量比容量(最高达到4200mAhg ^-1 )，是现在普遍应用的石墨(372mAhg ^-1 )材料的十倍之多。并且其具有较低的脱嵌锂电位(约0.1-0.3V vs Li/Li ⁺ )，与电解液的反应活性低，并且成本较低，可以提供很长的放电平台等优点。但是，由于充电过程中Si材料会发生巨大的体积膨胀(约400％)，这将导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，从而造成容量迅速衰减，循环性能迅速恶化。由于硅基亚氧化物较高的比容量和良好的循环性能，近来受到广泛关注和研究。锂离子首次与SiO x 反应时会产生Li₂ O和Li₄SiO₄，其可以作为缓冲成份，从而一定程度上抑制Si在循环过程中的体积膨胀，从而提高循环性能。

有人通过高压电流使有机物气体分解生成碳对氧化亚硅材料进行碳包覆，得到的碳包覆层薄且均匀，抑制了氧化亚硅材料充放电中的体积膨胀，避免了氧化亚硅材料和电解液的直接接触，从而提高了氧化亚硅材料的首次库伦效率和循环稳定性能，是锂离子电池负极材料的优良选择。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种碳包覆氧化亚硅纳米棒的制备方法，来改善硅基材料的体积膨胀的问题，并提高材料的导电性。

本发明目的通过以下方案实现：一种碳包覆氧化亚硅纳米棒的制备方法，其特征在于以硅烷、甲醇、乙醇和碳源为原料，采用水热以及高温煅烧的方法，制备一种碳包覆氧化亚硅纳米棒材料，具体为：

将氨水溶液和间苯二酚添加到由无水乙醇和去离子水组成的溶液中，将混合物在室温下搅拌均匀后，添加CTAB并继续搅拌，然后依次加入醛类和硅烷，并在室温下搅拌并反应24小时，随后，将混合物转入高压釜中80℃，静置12小时，离心回收固体产物，并在80℃下真空干燥8小时，将干燥的样品在管式炉中惰性气体氛围下，煅烧，得到最终产物。

氨水、间苯二酚和CTAB的质量比为1:1:1，乙醇和水的体积比为1：6，乙醇、醛类和硅烷的体积比为10：1：3。

所述硅烷可以为氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷的一种或几种。

所述醛类为甲醛和乙醛一种或几种。

所述惰性气体可以为氮气或氩气。

所述煅烧温度为800-1000℃，煅烧时间3-5h。