[發明專利]鋰離子二次電池的氧化硅/碳復合負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310495254.0
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103594689A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 楊化濱;時晶;劉方
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種鋰離子二次電池的氧化硅/碳復合負極材料，其特征在于它是以含有碳源的硅氧化物為原料，采用溶膠凝膠法制備出SiO2、SiO與熱解碳組成的干凝膠前驅體，再經過補充加入碳源進行高能球磨混合、高溫固相熱解碳化并部分還原硅氧化物與球磨粉碎得到最終復合材料產物；其中，氧化硅/碳復合材料中SiO2與SiO的質量比為2-6∶1；熱解碳占復合材料總重量的40％-70％；具體制備方法包括的步驟：

1)按計量將碳源葡萄糖完全溶解于水中后加入無水乙醇，攪拌均勻后，加入到正硅酸乙酯乙醇溶液中，充分混合后，加入0.1mol/L的鹽酸溶液，鹽酸溶液的添加量與水的體積比為1-11∶10；室溫下反應6-20h后，加入0.1mol/L的氨水，直至完全反應，形成穩定的凝膠，室溫下陳化1-3天，在70-110℃下干燥1-3天，得到干凝膠前驅體；

2)補充加入的碳源與原有碳源以質量比1-3∶1的關系進行高能干磨混合，其中，球料質量比為5-30∶1：將上述得到的干凝膠前驅體研磨后，加入葡萄糖以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h，得到前驅體混合物；

3)再次，采用高溫熱解碳化并部分還原硅氧化物干凝膠前驅體：將上述前驅體混合物于550-950℃下空氣或者惰性氣氛下焙燒90-210min；

4)球磨粉碎制得最終產物：將上述焙燒產物放在球磨罐中，球料質量比為5-30∶1以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h。

2.根據權利要求1所述的復合負極材料，其特征在于所述的碳源是葡萄糖。

3.一種權利要求1所述的鋰離子二次電池的氧化硅/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟：

1)按計量將碳源葡萄糖完全溶解于水中后加入無水乙醇，攪拌均勻后，加入到正硅酸乙酯乙醇溶液中，充分混合后，加入0.1mol/L的鹽酸溶液，鹽酸溶液的添加量與水的體積比為1-11∶10；室溫下反應6-20h后，加入0.1mol/L的氨水，直至完全反應，形成穩定的凝膠，室溫下陳化1-3天，在70-110℃下干燥1-3天，得到干凝膠前驅體；

2)補充加入的碳源與原有碳源以質量比1-3∶1的關系進行高能干磨混合，其中，球料質量比為5-30∶1：將上述得到的干凝膠前驅體研磨后，加入葡萄糖以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h，得到前驅體混合物；

3)再次，采用高溫熱解碳化并部分還原硅氧化物干凝膠前驅體：將上述前驅體混合物于550-950℃下空氣或者惰性氣氛下焙燒90-210min；

4)球磨粉碎制得最終產物：將上述焙燒產物放在球磨罐中，球料質量比為5-30∶1以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h，得到最終粉末狀產物。

4.一種鋰離子二次電池的氧化硅/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

1)將2.48-5.58g碳源葡萄糖完全溶解于水中后加入22.8-38.9ml無水乙醇，攪拌均勻后，加入到體積百分數為16.1％-32.9％正硅酸乙酯乙醇溶液中，充分混合后，加入0.1mol/L的鹽酸溶液，室溫下反應6-20h后，加入0.20-0.67ml0.1mol/L的氨水，直至完全反應，形成穩定的凝膠，室溫下陳化1-3天，在70-110℃下干燥1-3天，得到干凝膠前驅體；

2)補充加入的碳源與原有碳源以質量比1-3∶1的關系進行高能干磨混合，其中，球料質量比為5-30∶1：將上述得到的干凝膠前驅體研磨后，加入葡萄糖以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h，得到前驅體混合物；

3)再次，采用高溫熱解碳化并部分還原硅氧化物干凝膠前驅體：將上述前驅體混合物于550-950℃下空氣或者惰性氣氛下焙燒90-210min；

4)球磨粉碎制得最終產物：將上述焙燒產物放在球磨罐中，球料質量比為5-30∶1以300-700轉/分鐘的轉速球磨4-12h，即得到最終的顆粒尺寸為100-300nm的粉末狀產物。