[發明專利]一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810620047.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN108899488A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 郭軍坡;鄭剛;王輝;劉會
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 傅磊

本發明公開了一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料、制備方法及其應用，制備方法包括：將酚醛樹脂溶于乙醇中得到物料A；在物料A中加入氧化石墨烯混合均勻，加入氧化亞硅粉末，加熱攪拌至蒸干，然后進行真空干燥得到物料B；將物料B進行碳化處理得到所述改性碳包覆氧化亞硅復合材料。本發明所述制備方法簡單易操作，成本較低，適宜大規模生產，得到的復合材料具有三維層狀立體結構，能緩解巨大的應力變化，用于鋰離子電池中，理論容量與首次庫倫效高。

技術領域

本發明涉及納米硅基材料技術領域，尤其涉及一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料、制備方法及其應用。

背景技術

石墨作為一種廉價，導電性好及穩定的材料，近年來在鋰離子電池負極領域被廣泛地應用。然而，石墨負極材料普遍地認為容量偏低(理論容量372mAh/g)，不能滿足所需較高的能量密度的要求。與之對比，從目前產品化的硅碳負極材料性能來看，其最大的優勢在于比容量的提升，硅碳負極可顯著提升電池能量密度，從而在體積或重量不變情況下，使電池裝入更多電量。然而氧化亞硅存在較大的體積效應(>100％)，使其在充放電過程中會粉化而從集流體上剝落，使得活性物質與活性物質、活性物質與集流體之間失去電接觸，同時不斷形成新的固相電解質層SEI，最終導致電化學性能的惡化。

目前市場化的硅碳負極材料大都采用核殼結構，旨在提升硅/氧化亞硅表面的導電能力，然后通過與石墨混合隨后直接應用于電池材料中。然而，硅/硅氧顆粒表面的碳層是剛性結構，不具有緩解體積變化的作用，并且會隨著充放電的過程發生明顯的破裂。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料、制備方法及其應用，所述制備方法簡單易操作，成本較低，適宜大規模生產，得到的復合材料具有三維層狀立體結構，能緩解巨大的應力變化，用于鋰離子電池中，理論容量與首次庫倫效率高。

本發明提出的一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將酚醛樹脂溶于乙醇中得到物料A；

S2、在物料A中加入氧化石墨烯混合均勻，加入氧化亞硅粉末，加熱攪拌至蒸干，然后進行真空干燥得到物料B；

S3、將物料B進行碳化處理得到所述改性碳包覆氧化亞硅復合材料。

優選地，在S1中，酚醛樹脂與乙醇的質量體積比為0.1-1：20-80g/mL。

優選地，S1的具體操作為：將酚醛樹脂加入乙醇中，攪拌后超聲分散，使酚醛樹脂溶解得到物料A。

優選地，超聲分散的時間為0.2-1h。

優選地，在S2中，氧化石墨烯與物料A中的酚醛樹脂的質量比為1-1.5：2-5。

優選地，在S2中，所述氧化亞硅粉末的尺寸為1-10μm。

優選地，在S2中，加熱攪拌至蒸干的過程中，溫度為60-120℃；真空干燥的溫度為80-150℃，真空干燥的時間為12-24h。

優選地，在S3中，所述碳化處理的具體工藝為：在惰性氣體的氛圍中，以2-10℃/min的升溫速率升溫至600-1000℃，恒溫2-6h。

優選地，所述惰性氣體為氮氣、氬氣中的一種或者兩種的混合物。

優選地，升溫速率為2℃/min。

優選地，在得到的改性碳包覆氧化亞硅復合材料中，碳的質量含量為1-10wt％。

本發明還提出的一種改性碳包覆氧化亞硅復合材料，采用所述改性碳包覆氧化亞硅復合材料的制備方法制備而成。

本發明還提出的一種所述改性碳包覆氧化亞硅復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用。