[發明專利]介孔非晶SiOX/C納米復合的負極材料制備方法

有效

• 申請號: 201510255979.1
• 申請日: 2015-05-19
• 公開（公告）號: CN104993102B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 李東林;王靜;茍蕾;陳光琦;孫茹;毛一洋
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;B82Y30/00
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種介孔非晶SiO_X/C納米復合的負極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，分別稱取表面活性劑、水和稀鹽酸混合均勻，恒溫攪拌，生成混合溶液；然后向混合溶液中滴加硅原料，劇烈攪拌后，將其靜置反應并陳化，陳化后抽濾得濾餅，濾餅依次經水洗、室溫干燥，熱處理得到有序介孔的多孔納米SiOx；步驟二，分別稱取碳原料、水和濃硫酸混合，超聲振蕩形成透明溶液；再將透明溶液在抽真空條件下填充到所述多孔納米SiOx中，生成填充前驅體；最后，將填充前驅體依次經干燥、預碳化、熱處理，即得到介孔非晶SiO_X/C納米復合的負極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制備領域，具體公開了一種介孔非晶SiO_X/C納米復合的負極材料制備方法。

背景技術

鋰離子電池是便攜式消費類電子產品和包括電動汽車在內的新能源產業的關鍵儲能器件，限制其容量進一步提高的主要因素是電極材料。目前，商業化的鋰離子電池負極材料普遍采用碳材料，其理論比容量只有372mAh/g，限制了鋰離子電池比容量的進一步提高，很難滿足目前電子產品對大容量鋰離子電池的要求。此外，碳材料在電解質中的化學穩定性較差，存在著安全隱患。為了克服碳材料的缺點，人們通過物理、化學手段對碳材料進行改性和尋找可以替代碳材料的新型負極材料。

錫基負極材料一類理論容量較高(993mAh/g)和安全性較好的新型負極材料，但是其存在兩個主要問題：一是首次不可逆容量大，二是循環過程中鋰離子脫嵌是產生的體積變化比較大，這使得錫基負極材料的容量和循環性能表現不理想。硅負極材料是目前理論容量最高的負極材料(最高可達4200 mAh/g)，然而硅材料在充放電過程中的巨大體積變化以及制備較為困難嚴重阻礙了其實際應用前景。

與Si材料相比，非晶SiOx制備很簡單，易于大規模生產。通過研究我們發現非晶SiOx單獨作為電極材料幾乎無電化學性能，而與碳材料復合后具有良好的電化學性能。

文獻1(Manickam Sasidharan,Dian Liu,Nanda Gunawardhana,Masaki Yoshio,Kenichi Nakashima.Synthesis,characterization and application for lithium-ionrechargeable batteries of hollow silica nanospheres[J]. J.Mater.Chem.,2011,21,13881-13888)中記載，Liu等人采用苯乙烯- 聚乙烯基吡咯烷酮-聚氧乙烯(PS-PVP-PEO)三元嵌段共聚物為模板制備了SiO₂中空微球，其顆粒粒徑為20nm左右，經過25次循環后其容量保持率只有100 mAh/g左右。文獻1中的技術是先利用濕化學法制備出模板，然后利用模板法合成具有中空結構的SiO₂材料，整個實驗工藝較為復雜，實驗周期較長、且不易操作。此外SiO₂材料的電化學性能較差，遠達不到實際應用水平。

文獻2(Won-Seok Chang,Cheol-Min Park,Jae-Hun Kim,Young-Ugk Kim, GoojinJeong Hun-Joon Sohn.Quartz(SiOx):A new energy storage anode material for Li-ion batteries[J].Energy Environ.Sci.,2012,5,6895–6899)中記載，Chang等人采用高能球磨的方法把SiO₂粉末在轉速為800rmp球磨處理24h得到顆粒直徑為5nm左右的SiO₂粉體，其容量穩定在800mAh/g左右，但首次庫倫效率很低，只有37％，這種方法無法制備多孔結構的電極材料。