[发明专利]一种锂离子电池氧化亚硅负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池氧化亚硅负极材料的制备方法，包括：1）将微米级SiOx生产制备得到纳米级SiOx，并收集在分散液中；2）上述分散液与氧化石墨烯的分散液充分混合并喷雾干燥，得到氧化石墨烯与SiOx的交织网络二级结构；3）将拥有二级结构的复合材料再次与蔗糖、沥青、聚苯胺、聚多巴胺等碳源混合均匀，在回转炉中加热并在此过程中通入惰性气体以及极少量的碳源气体得到多级结构的硅氧基复合电极材料，采用该方法所得的负极材料的性能可以根据需求调整，定制化空间大、能量密度高、电化学性能稳定，材料导电性大幅提高。此过程中对气相碳源的使用极少，大幅提高生产安全性并降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池领域，特别涉及一种锂离子电池氧化亚硅负极材料的制备方法。

技术背景

随着便携式电子产品性能的提升，能耗也越来越大，加上近年来电动汽车行业的快速发展，使得人们对高比容量储能设备的需求越来越迫切。现有的电池材料越来越难以满足人们对电池性能提升的需要，迫切需要开发新型的电池材料。

目前锂离子电池体系中所使用的石墨负极材料成本仅仅占全电池成本的5%，仍有较大的成本增长空间与性能提升空间。就算负极的成本翻倍，对于整车价格的影响几乎可以忽略不记，但因此带来的性能提升却可能极大提升用户体验。

近年来，一氧化硅（SiO）由于其较低的工作电位（0.5 V vs. Li+/Li）、较高的理论比容量（~2400 mAh g^-1）以及由于相对于Si等高比容量量负极而言的更弱的体积膨胀（氧化亚硅的体积膨胀约150%，硅的体积膨胀约300%）所带来的更优异的循环稳定性而引起了人们的极大兴趣。但氧化亚硅的导电性差和依然不够优异的循环稳定性还依然限制着其在锂离子电池负极中的应用。虽然科研人员已经针对氧化亚硅材料的问题设计了众多包覆层、添加剂。但是氧化亚硅负极材料在全电池的使用中依然存在着明显的导电性差、容量发挥不出来和循环稳定性差的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种提导电性优异的氧化亚硅负极材料性能的方法，其既能有效解决现有氧化亚硅材料存在容量无法充分发挥，也能有效缓解材料的体积膨胀问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种锂离子电池氧化亚硅负极材料的制备方法，所述方法包括：第1步，将微米级SiOx生产制备得到纳米级SiOx，并收集在分散液中；第2步，述分散液与氧化石墨烯的分散液充分混合并喷雾干燥，得到氧化石墨烯与SiOx的交织网络二级结构；第3步，将拥有二级结构的复合材料再次与蔗糖、沥青、聚苯胺、聚多巴胺等碳源混合均匀，在回转炉中加热并在此过程中通入惰性气体以及极少量的碳源气体得到多级结构的硅氧基复合电极材料。采用该方法所得的负极材料的性能可以根据需求调整，定制化空间大、能量密度高、电化学性能稳定，二级结构内的添加剂主要用于提升二次球结构在电极反应中的稳定性，提高活性物质硅的电化学利用率。先添加的氧化石墨烯可以与SiOx紧密复合，碳化后形成致密石墨烯包覆层。同时，先添加的氧化石墨烯形成的石墨烯碳层在800 ^oC加热过程与后加入的在二级结构表面的碳源发生重排，使得内外碳结构整合连为一体，因此材料导电性大幅提高。此过程中对气相碳源的使用极少，大幅提高生产安全性并降低了生产成本。

作为优选，第1步中，SiOx中x的范围可以是0.2~1.8，微米级SiOx的粒径大小为1~100微米。

作为优选，第1步中，将微米级SiOx生产制备得到纳米级SiOx，采用的是等离子体加热蒸发冷凝法，微米级SiOx连续加至等离子体高温炉中加热蒸发，采用氩气或者氦气急速冷却，制备得到纳米级SiOx粉末，随后在有机溶剂中收集可用溶剂包括：乙醇、丙醇、乙二醇、氮甲基吡咯烷酮、丙酮、四氢呋喃、无氧水。

作为优选，第1步中，SiOx在分散液中的浓度为2%~80%，氧化石墨烯在分散液中的浓度为0.1%~40%。

作为优选，第1步中，纳米SiOx的D50范围为30~800 nm。