[發明專利]一種金屬橄欖石包覆納米硅的制備方法

有效

• 申請號: 201810653668.4
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108878823B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 張宇;楊慶
• 申請（專利權）人: 楊慶
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 許飛

本發明公開了一種金屬橄欖石包覆納米硅的制備方法。該方法包括如下步驟：1)在氧氣含量低于1000ppm的條件下，將金屬氧化物粉末與SiO_x粉末混合均勻，得混合物；2)隔絕氧氣，將混合物進行煅燒，得復合物；3)隔絕氧氣，將復合物進行球磨，得金屬橄欖石包覆納米硅。本發明的制備方法簡單，易于操作及控制，同時合成過程中使用的有機溶劑很少，有利于保護環境，且包覆原料低廉，有利有節省成本，適合工業化大規模生產，在硅負極材料中具有突出的電化學性能。

技術領域

本發明涉及納米材料領域，具體涉及一種金屬橄欖石包覆納米硅的制備方法。

背景技術

采用鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳等作為正極材料的鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、無污染、重量輕、體積小、無記憶效應、可快速充放電和壽命長等優點，被廣泛用于移動電話等便攜式電子產品，同時在電動車及混合電動車上也將大規模應用，成為21世紀最有應用價值的儲能器件之一。

目前，碳負極材料具有導電性好、嵌鋰電位低、循環性能優異、資源豐富、價格低廉、無毒無污染等優點，是較理想的鋰離子電池負極材料。然而，廣泛采用的碳負極材料存在著比容量低(理論容量372mAh/g)的問題。不能滿足高容量、高功率二次電池的發展要求，制約著鋰電池性能的提升，因而開發新型的電池負極材料成為當前重要研究方向之一。

硅具有較大的儲鋰容量(4200mAh/g)，在地球中的含量豐富，是鋰離子電池的理想負極材料，但，硅材料在鋰離子嵌脫鋰過程中會產生巨大的體積變化(300％)，從而使得負極結構在循環過程中破碎、粉化造成脫嵌鋰能力的喪失，負極材料從集流體上脫落而引起集流特性的劣化。同時，體積膨脹也導致表面形成的SEI膜很不穩定，導致較低的庫倫效率。從而制約了硅作為負極材料的應用。

目前，改善硅材料循環穩定性能的方法有很多，如：采用納米硅作為負極材料，當硅顆粒大小小于150nm后，其體積膨脹效應就開始減小，因此納米硅作為活性物質在初始的循環中可以表現出較好的電化學性能，但隨著循環的進行，納米硅會發生團聚現象，從而在后續循環過程中容量衰減非常快。且直接制備納米硅作為負極材料價格昂貴，大規模商業化的可能性也不大，CN106784762A提供了一種納米硅陣列負極材料的制備方法及其應用，雖然納米硅陣列一定程度上緩解了體積膨脹，提高了循環穩定性，但此方法步驟繁多，難以規模化應用。

另外，對于硅材料的包覆改性也較為普遍，CN106784763A公開了一種多孔氧化物包裹電池硅負極的制備方法，通過對硅基極材料表面進行鈍化處理來控制硅基材料表面活性物種的數目，再利用氣相原子層沉積技術對硅基材料表面進行不同厚度的納米多孔級氧化物的包裹，CN106159215A公開了一種硅負極材料及其制備方法以及包括該硅負極材料的負極和鋰離子電池利用液相法對1～100μm的硅粉進行二層碳包覆，CN107845800A則利用濺射沉積技術對負載硅陣列的硅基底進行納米氮化錫包覆，上述包覆后的硅材料雖然在一定程度上改善了電池的電化學性能，但涉及的包覆方法非常復雜，且其中還有利用石墨烯或是氮化物作為包覆層，其成本很高，且條件要求也比較苛刻，另外，涉及的氣相原子層沉積技術和濺射沉積技術目前只限于實驗室制備，因而，不利于工業化大規模生產。

如何利用簡單高效的合成方法改性硅基材料，從而有效提高以硅基材料為負極的鋰離子電池的電化學性能，為進一步發展硅基負極材料及實現大規模工業化生產具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于一種金屬橄欖石包覆納米硅的制備方法。該制備方法簡單，易于操作及控制，原料低廉，有利有節省成本，適合工業化大規模生產。

本發明所采取的技術方案是：

一種金屬橄欖石包覆納米硅的制備方法，包括如下步驟：

1)在氧氣含量低于1000ppm的條件下，將金屬氧化物粉末與SiO_x粉末混合均勻，得混合物；

2)隔絕氧氣，將混合物進行煅燒，得復合物；