[發明專利]一種CuO@SiOx

有效

• 申請號: 202010012209.5
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111129474B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 龔華旭;陳永珍;張子祥;張少杰;王迪;王煒
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明公開了一種CuO@SiOx復合鋰電池負極材料及其制備方法，使用水熱法制備粉末狀CuO后，再通過添加硅源并球磨以在CuO表面復合SiOx，最后在高溫爐中煅燒得到CuO@SiOx材料。其中CuO作為導電劑和框架，既起到支撐作用，減緩了硅氧化物的體積膨脹，同時提高了材料的電導率，增強了材料的電化學性能。以最佳條件制備出的材料在500 mA·g^?1的電流密度循環100圈后，容量仍能保持在900 mAh·g^?1。

技術領域

本發明涉及電池制備技術領域，具體涉及一種CuO@SiOx復合鋰電池負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是新一代的能源裝置，具有能量密度大、功率密度高、循環穩定性好和綠色環保等優點，在新能源電動車中占據重要位置。隨著新能源的不斷發展，對鋰離子電池的能量密度和循環穩定性都提出了更高的要求，而提升電池性能的關鍵手段是對電極材料進行復合改性，進而開發出具有更高比容量的鋰離子電池材料。

目前，大規模商業化的負極材料主要是石墨類材料，這類材料的生產技術成熟，但是理論比容量低，因而限制了其在高能量密度電池中的應用。硅基負極材料是被重點研究的新一代鋰離子電池負極材料，具有較好的應用前景，這主要得益于該類材料具有高的理論比容量（4200 mAhg^-1）、低的電位（0.5V vs Li/Li⁺）和豐富的原料來源。但硅基材料也有其缺點，比如充放電過程中較大的體積膨脹/收縮效應會導致形成的SEI膜不斷破裂和形成，消耗了電池中的電解質，而且降低了離子轉移速度和電導率。

隨著研究的進一步深入，發現一氧化硅也有著較高的理論比容量（大約1300mAh·g^-1），而且硅氧化物在充放電過程中的體積膨脹效應比硅材料小，所以更加穩定，但其仍然存在著導電率低和體積膨脹問題。因此硅氧化物負極材料的性能仍需通過改性處理來進一步改進，一方面，可將材料納米化，通過減少硅基材料的粒徑來有效縮短Li⁺移動距離，并減緩體積效應，增加硅氧化物的容量和結構穩定性。另一方面，可與其它材料進行復合，復合的材料既可以作為緩沖基體減緩硅基材料的體積膨脹，同時可以形成導電網絡，提升整個體系的導電性。現有技術中通過將硅氧化物和TiO₂等進行復合改性后，發現TiO₂對硅氧化物進行包覆時，可通過異原子摻雜進行界面電化學改性，提升體系的電導率，增強材料的循環穩定性。但是此類材料依然存在著循環穩定性不夠，材料的導電性還較低等問題。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的不足，提供一種CuO@SiOx復合鋰電池負極材料及其制備方法，通過引入CuO對硅氧化物進行復合，由于CuO的電導率更高，而且膨脹效應更小，可顯著提高復合材料的電導率和循環穩定性。

本發明的技術方案為：一種CuO@SiOx復合鋰電池負極材料的制備方法，主要包括如下步驟：

1）將銅鹽和聚合物加到水熱釜中，進行水熱處理；

2）對水熱處理后的產物進行抽濾、洗滌、干燥，得到CuO粉末；

3）將處理后的CuO粉末、Si粉和有機添加劑進行混合，隨后將混合物加入到水溶液中，再進行球磨制得CuO-SiO_x復合前驅體；

4）對復合前驅體溶液進行噴霧干燥處理，得到CuO-SiO_x復合前驅體粉末；

5）將粉末在惰性氣體保護下進行熱處理，得到CuO-SiO_x復合物。

步驟1中，銅鹽包括氯化銅、四水合硫酸銅、碳酸銅和硝酸銅中一種或多種。

步驟1中，聚合物包括聚乙二醇、異丙醇、正丁醇、聚乙烯醇和聚吡咯烷酮中的一種或多種。

步驟1中，進行水熱處理的溫度為80-300℃，處理時間為1-36 h。