[發明專利]一種氰基改性氧化硅鋰電池負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201711014669.6
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107863510B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 于世宣
• 申請（專利權）人: 徐州凌云硅業股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京中仟知識產權代理事務所(普通合伙) 11825
• 代理人: 田江飛

本發明涉及一種氰基改性氧化硅鋰電池負極材料及其制備方法和應用，屬于電池技術領域。氰基改性氧化硅鋰電池負極材料，它具有如下式所示的結構：。本發明采用了對氧化硅材料表面進行氰基化的修飾，提高了改性材料作為鋰離子電池負極材料時的循環放電后的電容量保持性。

技術領域

本發明涉及一種氰基改性氧化硅鋰電池負極材料及其制備方法和應用，屬于電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，達到負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回正極。回正極的鋰離子越多，放電容量越高。

鋰離子電池的負極材料有多種：第一種是碳負極材料：實際用于鋰離子電池的負極材料基本上都是碳素材料，如人工石墨、天然石墨、中間相碳微球、石油焦、碳纖維、熱解樹脂碳等。第二種是錫基負極材料：錫基負極材料可分為錫的氧化物和錫基復合氧化物兩種。氧化物是指各種價態金屬錫的氧化物。第三種是含鋰過渡金屬氮化物負極材料。第四種是合金類負極材料：包括錫基合金、硅基合金、鍺基合金、鋁基合金、銻基合金、鎂基合金和其它合金 第五種是納米級負極材料：納米碳管、納米合金材料。第六種納米材料是納米氧化物材料：諸多公司已經開始使用納米氧化鈦和納米氧化硅添加在以前傳統的石墨，錫氧化物，納米碳管里面，極大的提高鋰電池的充放電量和充放電次數。

CN103199227A公開一種鋰離子電池納米炭硅復合負極材料及其制備方法，納米炭硅復合負極材料是粒徑為20-50nm的納米顆粒；硅部分為由一氧化硅制備而成的硅與二氧化硅的復合結構；炭部分為由兩親性炭材料制備而成；所述的炭部分包覆于硅部分表面，形成炭、二氧化硅和硅的三重復合結構。CN104362315A公開一種鋰離子電池硅碳復合負極材料低成本制備方法，包括以下步驟：（1）石墨原料純化；（2）鎂熱還原；（3）除雜；（4）表面包覆；（5）碳化；藉此，通過鎂熱反應還原純化后原料石墨中二氧化硅后，獲得多孔硅與石墨的復合物，再進行表面包覆，獲得用于鋰離子電池的硅碳復合負極材料。

對于氧化硅負極材料來說，由于氧化硅在長期運行過程中，電解液的遷移、表面腐蝕等情況會導致材料的電容量發生下降。

發明內容

本發明的目的是：解決常規的氧化硅鋰離子電池負極材料存在的由于氧化硅的氧化而不穩定導致的多次循環充放電之后導致的電容量下降的問題。采用的技術方案是：通過具有較高反應活化能的氰基對氧化硅的表面進行修飾，使電池在運行過程中負極材料的穩定性得到大幅提高，使電容量保持性提高。

技術方案是：

一種氰基改性氧化硅鋰電池負極材料，它具有如下式所示的結構：

。

上述氰基改性氧化硅鋰電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1：按重量份計，將15～25份的正硅酸乙酯、4～8份的濃氨水、20～35份去離子水、150～200份的乙醇混合后，進行水解反應，反應結束后，離心分離出氧化硅顆粒，用水洗滌后，真空干燥；

S2：將S1中得到的SiO₂分散在150～200份的乙醇中，再加入式（I）所示的氰基氧硅烷改性劑10～15份，攪拌反應，對固體物進行離心分離，再依次用乙醇、水洗滌之后，得到氰基改性氧化硅鋰電池負極材料；

（I）；

其中，R1、R2、R3分別獨立地選自含有1～10個碳原子的直鏈或帶支鏈的烷基，更優選的是R1、R2和R3都是乙基或者異丙基。