[發(fā)明專利]一種高比容量長壽命SiOx/C電極復合材料的制備方法

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• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109860553A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅偉;張同富;劉立立
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州比克電池有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M10/0525
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種高比容量長壽命SiOx/C電極復合材料的制備方法，包括以下步驟：（1）將APTES和丁二酸酐均勻的分散在DMF水溶液中，并磁力攪拌；（2）將適量的超分散后的氣相二氧化硅和DMF水溶液混合得到懸濁液A，向步驟（1）形成的溶液中加入適量懸濁液A，同時加入去離子水，繼續(xù)進行磁力攪拌，隨后進行抽濾、烘干，即可得到超分散的羧基改性的氣相二氧化硅；（3）將以步驟（2）中制得的產(chǎn)物的水溶液和碳源的水溶液混合攪拌，并加入1?2ml的濃硫酸進行水熱反應；（4）將步驟（3）中的產(chǎn)物依次用純水、無水乙醇進行清洗并干燥，隨后進行高溫燒結(jié)碳化即可。本發(fā)明方法容易實現(xiàn)，原料來源廣泛，制得的復合材料提升了電池容量，改善了電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種高比容量長壽命SiOx/C電極復合材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、低成本、無記憶效應等優(yōu)越的性能，因此其在日常生活和工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨類材料作為負極材料，其理論比容量只有372mAh/g，無法滿足電動汽車和混合動力汽車的發(fā)展需求，因此發(fā)展具有高比容量和高安全性能的材料已經(jīng)成為鋰離子電池負極材料研究的熱點。

在鋰離子電池材料的發(fā)展歷程中，負極材料始終是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，雖然石墨材料具有低電位、高比容量、低成本等優(yōu)勢，但是隨著制備工藝的改進和發(fā)展，實際應用的石墨材料比容量也越來越接近其理論比容量，無法再通過改性提高石墨的容量。

在研究階段前期，人們把關(guān)注點放在了最有可能替代碳材料的硅復合材料身上，人們發(fā)現(xiàn)在所有能夠合金化儲鋰的元素中，硅的比容量是最高的，并且硅的電壓平臺要略高于石墨，安全性能也要好于石墨。雖然硅材料擁有無可替代的高比容量和高電壓平臺等優(yōu)勢，但是硅在電化學嵌鋰過程中會產(chǎn)生巨大的材料體積變化（300%)，強烈的機械應力導致電極材料與集流體之間喪失接觸，同時硅在循環(huán)過程中的粉化也會造成電極可逆比容量的迅速衰減，這些因素是導致硅復合材料無法商業(yè)化的重要原因。近幾年，越來越多的研究人員已經(jīng)把關(guān)注點從單質(zhì)硅身上轉(zhuǎn)向了氧化硅，與單質(zhì)硅相比，氧化硅基負極材料在首次嵌鋰過程中能與金屬Li發(fā)生反應原位生成Li₂0，Li₄Si0₄和Si，其中Li₂O和Li₄Si0₄為惰性成分，不再參與電極反應，是不可逆容量的主要來源，同時這些惰性成分能與活性物質(zhì)Si均勻分散，在一定程度上有效緩沖Si在嵌脫鋰過程中的體積膨脹，從而提高電極材料的循環(huán)性能。本發(fā)明是將改性過的納米級氣相二氧化硅包覆在以葡萄糖或蔗糖或果糖或麥芽糖通過水熱法生成的微米級碳球表面，有效的緩沖了在充放電循環(huán)過程中的體積效應，改善其循環(huán)性能，同時由于氣相二氧化硅的存在，提高了該復合材料的可逆容量，充分發(fā)揮了氣相二氧化硅高容量和碳材料循環(huán)穩(wěn)定的特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高比容量長壽命SiOx/C電極復合材料的制備方法，制得的復合材料提升了電池容量，改善了電池的循環(huán)性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種高比容量長壽命SiOx/C電極復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將等摩爾的APTES和丁二酸酐均勻的分散在DMF水溶液中，并磁力攪拌一段時間；

（2）將適量的超分散后的氣相二氧化硅和DMF水溶液混合得到懸濁液A，向步驟（1）形成的溶液中加入適量懸濁液A，同時加入適量的去離子水，繼續(xù)進行磁力攪拌，隨后進行抽濾、烘干，即可得到超分散的羧基改性的氣相二氧化硅；

（3）將以步驟（2）中制得的超分散的羧基改性的氣相二氧化硅為溶質(zhì)的水溶液和以碳源為溶質(zhì)的水溶液混合攪拌，并加入1-2ml的濃硫酸進行水熱反應；

（4）將步驟（3）中的產(chǎn)物依次用純水、無水乙醇進行清洗并干燥，隨后進行高溫燒結(jié)碳化即可。