[发明专利]一种氧化亚硅复合负极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复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化亚硅和碳源有机物混合，进行煅烧，得到煅烧产物；再将所述煅烧产物水洗后过滤，得到的滤渣进行第一次干燥，得到GP/SiO产物；b)将步骤a)得到的GP/SiO产物与沥青、聚乙二醇进行第一次研磨处理，得到浆料；再将所述浆料第二次干燥后进行高温碳化，得到的高温碳化产物进行第二次研磨处理，得到氧化亚硅复合负极材料。与现有技术相比，本发明提供的制备方法能够直接在SiO颗粒之间原位形成网络状石墨烯，制备得到的氧化亚硅复合负极材料为碳包覆石墨烯改性的氧化亚硅(GP/SiO@C)负极材料，具有高导电性且循环性能好。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，是涉及一种氧化亚硅复合负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

高能量和功率密度对于锂离子电池(Li-ion batteries，LiBs)满足大规模储能系和电动汽车的要求非常重要。石墨仍然是最先进的锂离子电池的主要负极材料。然而，由于比容量低、倍率性能差的限制，石墨材料的问题越来越突出。为了解决这一问题，人们正在广泛研究许多具有高比容的新型负极材料。

硅作为一种可行的负极材料已经有20多年了，硅负极与锂可以形成Li₁₅Si₄合金相，理论比容量高达3572mAh·g^-1，大约是石墨负极的10倍；低的脱锂电位(＜0.5V)；另外硅的储量丰富(地壳元素中第二位，26.4％)，被认为是最有潜力的负极材料的候选者之一。

然而研究发现硅负极在充放电的过程中体积效应较为严重，在锂的脱嵌过程中体积膨胀达到300％，硅负极颗粒破裂造成材料粉化，巨大的体积效应及较低的电导率严重限制了其在锂离子电池中的发展。氧化亚硅作为一种锂离子电池负极材料，其电化学性能优异。由于SiO基负极材料中Si的含量小于Si负极中Si含量(仍有较高的理论容量2400mAh·g^-1)，SiO负极在循环过程的体积变化小于Si。在电极循环过程中，SiO与Li反应不可逆生成Li₂O和Li₄SiO₄，这些化合物充当缓冲相，缓解电极材料的体积变化，提高了电极的循环性能。

但是，SiO同样也具有硅负极的性质相似，也存在电子电导性较低的现象。另外，SiO负极首次充放电过程中消耗的Li⁺形成不可逆副产物Li₂O和Li₄SiO₄，消耗大量的Li⁺的现象，形成不可逆容量，造成首效在70％左右。这些问题同样也限制氧化亚硅的商业化发展。

此外，公开号为CN103474631A的中国专利公开了一种氧化亚硅复合负极材料的制备方法，复合材料包括碳包覆氧化亚硅基体、均匀沉积在氧化亚硅基体上的纳米硅材料及氧化亚硅/纳米硅表面的纳米导电材料包覆层；虽然其可逆容量能够达到1600mAh·g^-1，但是引入体积膨胀效应更大的Si纳米颗粒很明显是不利于复合材料的长期循环的。公开号为CN106410158A的中国专利公开了一种石墨烯改性氧化亚硅复合材料的方法，将石墨烯分散到SiO粉末间隙，提高了材料的导电性，在SiO、石墨烯表面包覆一层碳，减缓体积膨胀，提高循环性能；但是石墨烯的引入采用的是机械球磨的方法，该方法可能造成石墨烯分散不均匀的问题。公开号为CN104973589A的中国专利公开了利用陶瓷粉体作为化学气相沉积的衬底，在表面包覆石墨烯，再经过研磨压片，化学气相沉积二次包覆石墨烯，最后刻蚀得到三维石墨烯；但是该工艺条件苛刻，气相沉积对设备要求高，限制了其应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种氧化亚硅复合负极材料及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法能够直接在SiO颗粒之间原位形成网络状石墨烯，制备得到的氧化亚硅复合负极材料导电性高且循环性能好。

本发明提供了一种氧化亚硅复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：