[發明專利]一種氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201810724158.1
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN109004208A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 徐娟;張崢;郭軍坡;魏家興
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62
• 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

本發明公開了一種氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料的制備方法及其應用，涉及碳材料技術領域，其制備方法包括以下步驟：將三聚氰胺、蔗糖加入去離子水中，加熱溶解，得混合液；將氧化亞硅粉末加入到混合液中，攪拌，待溶液蒸發至粘稠狀時烘干，得干燥固體；將干燥固體研磨，然后在氬氣氛圍中進行高溫燒結處理，得到氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料。本發明通過碳包覆來抑制氧化亞硅材料在充放電過程中的體積變化并提高材料的導電性，從而制備具有高容量及穩定性的電極材料，通過氮摻雜的碳提高其材料在循環過程中與電解液的接觸效果，保證了鋰離子和電子的遷移通道及傳遞速率，并極大地減弱了材料自身的極化現象。

技術領域

本發明涉及碳材料技術領域，尤其涉及一種氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料的制備方法及其應用。

背景技術

近年來新能源儲能領域的快速發展對以鋰離子電池為代表的二次電池設備提出了新的要求，傳統的石墨負極材料由于自身有限容量(372mA h/g)，幾乎無法滿足目前高比能鋰離子電池的要求。而硅基材料由于具有極高的理論容量(3590mA h/g)，在負極材料領域引起了不少學者與機構的廣泛關注，經過近10年的發展取得了一定的成效。

目前制約硅基材料應用的主要問題是其較差的導電能力及循環過程中劇烈的體積變化，這導致了材料在充放電過程中嚴重的極化及顆粒粉化現象。因此，充放電過程中顆粒的表面的SEI膜持續地破碎和生成，導致電池體系中的鋰離子不斷地被消耗，電池的庫侖效率隨之降低。硅基負極材料被視為現有商業化碳負極材料的替代性產品之一，然而由于在充放電過程中存在較大的體積效應而無法商業化，需要對其進行改性處理。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料的制備方法及其應用，通過碳包覆來抑制氧化亞硅材料在充放電過程中的體積變化并提高材料的導電性，以及通過氮摻雜的碳提高其材料在循環過程中與電解液的接觸效果，保證了鋰離子和電子的遷移通道及傳遞速率，并極大地減弱了材料自身的極化現象。

本發明提出的一種氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將三聚氰胺、蔗糖加入去離子水中，加熱溶解，得混合液；

S2、將氧化亞硅粉末加入到混合液中，攪拌，待溶液蒸發至粘稠狀時烘干，得干燥固體；

S3、將干燥固體研磨，然后在氬氣氛圍中進行高溫燒結處理，得到氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料。

優選地，S1中，三聚氰胺、蔗糖和去離子水的重量比為0.5-1：1-2：80-120。

優選地，S1中，加熱溶解溫度為60-100℃，加熱時間為30-60min。

優選地，S2中，三聚氰胺、蔗糖、氧化亞硅重量比為0.5-1：1-2：10-20。

優選地，S2中，氧化亞硅粉末的粒徑為5-10μm。

優選地，S2中，在常溫下放置至溶液蒸發至粘稠狀。

優選地，S2中，采用鼓風干燥箱烘干，烘干溫度為80-120℃，烘干時間為10-14h。

優選地，S3中，高溫燒結過程分兩段進行，第一段過程，調控溫度為400-600℃，恒溫時間為1-3h，升溫速率為2-5℃/min；第二段過程，調控溫度為800-1000℃，恒溫時間為3-5h，升溫速率為5-10℃/min。

優選地，S3中，氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料中氮摻雜碳的含量為2-5％。

本發明還提出了一種采用上述制備方法得到的氮摻雜碳包覆的氧化亞硅材料用于制備鋰離子電池負極材料。