[發明專利]一種氧化亞硅復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811260202.4
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109494360B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 張迎霞;樊少娟;王金龍;張陽陽;鐘明明
• 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;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發明公開了一種氧化亞硅復合材料及其制備方法，將SiO與碳源混合，經過兩次煅燒制得包覆硬碳材料的SiO/C復合材料；將鏈狀導電劑、SiO/C復合材料在吡咯的溶液中混合，加入氧化劑制得氧化亞硅復合材料。在氧化亞硅材料上包覆硬碳和彈性高分子材料聚吡咯（PPy），該雙包覆層能有效抑制合金及去合金化過程中的體積膨脹，同時通過鏈狀導電劑為橋梁進一步提高SiO的導電性，保證了充放電時Li⁺的快速脫嵌，從而提高了鋰離子電池的高倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，具體涉及一種氧化亞硅復合材料及其制備方法，還涉及氧化亞硅復合材料在用于制備鋰離子電池中的應用。

背景技術

目前商業化鋰離子電池的負極材料主要是石墨，石墨實際比容量已經達到365mAh/g（理論比容量為372mAh/g），鋰離子電池的能量密度很難有得到較大的提升，尤其是電動汽車的續航里程要求對鋰離子電池高能量密度的需求更加迫切，所以研究者將目光轉移到與碳元素同族的硅材料上。SiO比Si材料更小的體積變化， SiO理論比容量為2600mAh/g，是石墨容量6倍之多，認為是非常具備潛力的下一代鋰離子電池復合材料之一。

雖然SiO材料優勢顯著，但其缺陷也十分明顯。SiO電導率低（室溫下10^-12S/cm），幾乎為絕緣材料。目前工業SiO首次庫倫效率為50%左右，20次充放電后，容量僅為500 mAh/g，電池體積膨脹，循環性能較差。

發明內容

針對上述不足，本發明提供了一種氧化亞硅復合材料，在氧化亞硅材料上包覆硬碳和彈性高分子材料聚吡咯（PPy），該雙包覆層能有效抑制合金及去合金化過程中的體積膨脹，同時通過鏈狀導電劑為橋梁進一步提高SiO的導電性，保證了充放電時Li⁺的快速脫嵌，從而提高了鋰離子電池的高倍率性能和循環性能。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種氧化亞硅復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a、SiO/C的制備：將SiO與碳源混合，經過兩次煅燒制得包覆硬碳材料的SiO/C復合材料；

b、將鏈狀導電劑、SiO/C復合材料在Py（吡咯）的溶液中混合，加入氧化劑制得氧化亞硅復合材料。所述步驟b的具體步驟為加入氧化劑后，再經過離心、洗滌、干燥制得導電劑為橋梁硬碳和聚合物高分子雙包覆的氧化亞硅復合材料，其中，加入氧化劑的過程優選為緩緩加入，使其充分反應。

本發明制得的氧化亞硅復合材料為導電劑為橋梁的硬碳及彈性高分子材料PPy雙包覆的SiO/C-PPy復合材料，通過這種雙包覆的結構能有效抑制合金和去合金化過程中的體積膨脹，同時導電劑作為橋梁進一步改善SiO的導電性，保證充放電時Li⁺的快速脫嵌，從而提高鋰離子電池的高倍率性能和循環性能。

進一步的，在步驟a中，所述SiO和碳源的摩爾比為1:(0.01~0.1)，所述的碳源為樹脂碳、有機聚合物熱解碳中的至少一種，其中，所述樹脂碳為酚醛樹脂、環氧樹脂、聚糖醇中的至少一種，所述有機聚合物熱解碳為聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)中的至少一種。

進一步的，所述的兩次煅燒具體步驟為將SiO與碳源混合后，首先在惰性氣氛中100~350℃保溫2~8h進行低溫燒結排焦，得到碳包覆氧化亞硅材料前驅體，然后在900~1200℃惰性氣氛中煅燒8~12h進行高溫碳化，冷卻得到硬碳包覆的SiO/C復合材料，將其進行破碎后待用。

優選的，所述鏈狀導電劑為Super P、碳納米管、科琴黑、碳納米纖維一種或兩種以上組成，鏈狀導電劑作為橋梁使活性物中硬碳與導電聚合物外的導電網絡相連，所述SiO/C復合材料和鏈狀導電劑的摩爾比為1:(0.01~0.1)，從而進一步提高材料的導電性。