[发明专利]一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明实施例公开了一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、锂离子电池，其制备方法包括以下步骤：向气相沉积炉中通入保护性气体，同时对氧化亚硅原材料进行预加热处理，以使部分氧化亚硅原材料发生歧化反应；持续通入保护性气体并通入碳源气体，对预加热处理后的氧化亚硅原材料进行化学气相沉积，以在氧化亚硅的表面形成碳纳米管。本发明实施例能够通过原位自生生成的催化剂在氧化亚硅表面催化生长碳纳米管，提高了氧化亚硅的导电性和首次库伦效率，且制备过程简单。

技术领域

本发明实施例涉及材料技术领域，特别是涉及一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池中普遍采用石墨作为负极材料，因为其相对低廉的成本价格、优秀的循环性能、以及拥有很高的首次库伦效率等优点，然而，372mAh/g的理论比容量已经难以满足人们对能量密度日益增长的要求；例如，电池电动车替代燃油车是未来发展趋势，由于锂离子电池的能量密度不够高，电动车的续航里程偏低，降低了消费者接受和购买电动车的意愿。

硅单质材料的理论比容量达到了4200mAh/g，氧化亚硅材料的理论比容量也达到了2100mAh/g。虽有少数公司开发了氧化亚硅/石墨的复合负极，但限于氧化亚硅导电性能差、首次库伦效率低的劣势，氧化亚硅/石墨复合负极并未得到广泛应用。

发明内容

本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种氧化亚硅复合材料及其制备方法、锂离子电池，能够提高氧化亚硅的导电性和首次库伦效率，且制备过程简单。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：第一方面，提供一种氧化亚硅复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

第一阶段：向气相沉积炉中通入保护性气体，同时对氧化亚硅原材料进行预加热处理，以使部分所述氧化亚硅原材料发生歧化反应；

第二阶段：持续通入所述保护性气体并通入碳源气体，对预加热处理后的氧化亚硅原材料进行化学气相沉积，以在氧化亚硅的表面形成碳纳米管；

第三阶段：预定时间后，停止通入所述碳源气体，待所述气相沉积炉冷却至室温后，停止通入所述保护性气体，制得所述氧化亚硅复合材料。

可选地，在所述第一阶段，所述预加热处理的温度为600～2000℃，时间为0～4h，升温速度为1～10℃/min；

所述保护性气体为惰性气体，所述惰性气体的流量为0.5～2L/min。

可选地，在所述第二阶段，所述化学气相沉积的温度为600～2000℃，时间为0.1～10h，所述化学气相沉积的温度等于或者高于所述预加热处理的温度；

所述碳源气体为含碳数目不大于6的小分子含碳有机物，所述碳源气体的流量为1～10L/min，所述惰性气体的流量与所述碳源气体的流量之比为2～10：1。

在一些实施例中，所述预加热处理的温度为600～1000℃，所述化学气相沉积的温度等于所述预加热处理的温度。

可选地，所述碳源气体为甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、乙炔、丙炔、液化石油气中的一种或多种混合。

在一些实施例中，所述氧化亚硅原材料的直径为100nm～100μm。

在一些实施例中，在所述第一阶段，所述气相沉积炉的转速为0.2～5.0rpm；在所述第二阶段，所述气相沉积炉的转速为0.1～5.0rpm。

第二方面，提供一种采用如上所述的制备方法制得的氧化亚硅复合材料，在氧化亚硅的表面半覆盖或全覆盖有碳纳米管和无定型碳包覆层，所述碳纳米管的直径为20～500nm，且，所述碳纳米管与所述氧化亚硅的质量比例为1.0～50％，所述无定型碳包覆层的厚度为1～10μm。