[發明專利]一種三維網狀結構SiO2

有效

• 申請號: 201811647600.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109755521B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 李星星;石珉滈;王志勇;陽逍逍;邵浩明;余夢澤;皮濤;黃越華
• 申請（專利權）人: 湖南中科星城石墨有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙中科啟明知識產權代理事務所(普通合伙) 43226
• 代理人: 匡治兵

本發明提供了一種三維網狀結構納米SiO₂/C復合材料的制備方法，包括以下步驟：稱取高分子聚合物、硅烷化試劑、表面活性劑加入稀鹽酸中，均勻混合，然后加入過氧化二異丙苯，再攪拌加熱、靜置、過濾、水洗、真空干燥，得到交聯硅烷化試劑修飾的高分子聚合物。然后將交聯硅烷化試劑修飾的高分子聚合物放入炭化爐碳化，得到具有三維網狀結構納米SiO₂/C復合材料。本發明方法制備工藝簡單，成本低廉，環境友好，適用于大規模生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法，特別是鋰離子電池用硅碳負極材料。

背景技術

社會的不斷進步和發展對能源的需求越來越大，目前世界主要能源化石類燃料（煤、石油、天然氣）資源日益枯竭。而鋰離子電池因為其較高的能量轉化效率，清潔無污染成為一種理想的能量儲存和轉化裝置，并廣泛應用于人們日常生活中。然而，目前商業化的鋰離子電池已不能滿足人們對高能量密度和高功率動力電源的需求。在鋰離子電池負極材料方面，當前廣泛應用的石墨類材料理論比容量為 372mAh/g，限制了鋰離子電池比容量的進一步提高，因此開發研究新型高比容量、高安全性的負極材料迫在眉睫。

因高的理論儲鋰比容量(4200mAh/g)和適中的嵌脫鋰電勢，硅被認為是新一代鋰離子電池理想的負極材料。然而，在脫嵌鋰過程中，硅體積膨脹達到300％，嚴重影響了電極的循環穩定性。與單質硅相比，硅氧化合物材料在首次放電過程中形成的Li₂O和一系列硅酸鋰鹽(Li₂SiO₃，Li₂SiO₄和Li₂Si₂O₅)在隨后的循環過程中對硅的體積膨脹有一定的緩沖作用，因此硅氧化合物電極有相對更好的循環穩定性。對于良好晶型的二氧化硅，由于其Si-O鍵非常穩定，幾乎不表現電化學活性，有文獻報道（Favors, Z. J., Wang, W., Bay, H.H. George, A., Ozkan, M. Ozkan, C.Stable Cycling of SiO₂ Nanotubes as High-Performance Anodes for Lithium-Ion Batteries. Sci. Rep. 4 (2014).）無定型二氧化硅負極材料理論比容量達到1965mAh?g-1，遠遠高于現有的石墨負極材料，且二氧化硅在自然界中的含量較高，充放電平臺較低，但微米結構的二氧化硅很難實現儲鋰活性，無法在鋰離子電池中得到實際使用。中國科學院物理所王兆翔教授研究小組利用TEOS為硅源，通過水熱法制備出二氧化硅/硬碳復合負極材料。以該材料制備的電極，其首次可逆比容量高達630 mAh/g（B.K. Guo, J. Shu, et al. Electrochemistry Communications 10(2008): 1876-1878），但循環性能一般。應該是由于硅氧化合物在脫嵌鋰過程中伴隨著巨大的體積變化，引起開裂和粉化，從而影響循環性能。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種三維網狀結構納米SiO₂/C復合材料的制備方法，本發明方法制備的負極材料循環穩定性好，制備工藝簡單，成本低廉，環境友好，適用于大規模生產。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

一種三維網狀結構納米SiO₂/C復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：分別稱取高分子聚合物、硅烷化試劑、表面活性劑加入裝有稀鹽酸溶劑的三口燒瓶中，均勻混合，然后加入過氧化二異丙苯，在80-120℃條件下攪拌加熱20-24h，然后靜置、過濾、水洗、真空干燥，得到交聯硅烷化試劑修飾的高分子聚合物。