[发明专利]一种硅氧复合材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硅氧复合材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

目前，生产使用的锂离子电池主要采用石墨类负极材料，但石墨的理论嵌锂容量为372mAh/g，实际已达到370mAh/g，因此，石墨类负极材料在容量上几乎已无提升空间。

近十几年，各种新型的高容量和高倍率负极材料被开发出来，其中硅基材料由于其高的质量比容量（硅的理论比容量为4200mAh/g）而成为研究热点，然而这种材料在嵌脱锂过程中伴随着严重的体积膨胀与收缩，导致电极上的电活性物质粉化脱落，最终导致容量衰减。为了克服硅基负极材料的比容量衰减，一般是将硅与其他非活性的金属（如Fe、Al、Cu等）形成合金，如中国专利CN03116070.0公开了锂离子电池负极用硅铝合金/碳复合材料及其制备方法；或将材料均匀分散到其他活性或非活性材料中形成复合材料（如Si-C、Si-TiN等），如中国专利CN02112180.X公开了锂离子电池负极用高比容量的硅氧复合材料及制备方法。该方法虽然在一定程度上缓解了硅基负极材料的容量衰减，但由于上述方法没有在材料中预留容纳充放电时脱嵌锂的体积空位，使得硅基材料在充电过程中锂的嵌入而增大的体积，所以不能从根本上抑制充放电过程中的体积效应，容量依然会随着循环次数的增加而较快地衰减。

更加常用的方法，是在纳米硅颗粒的表面包覆一层无定形碳，如CN200910027938.1公开一种半流态沥青包覆纳米硅和石墨的复合负极材料；CN200910037666.3公开了一种沥青包覆纳米硅的复合负极材料的制备方法。在纳米硅粉表面包覆无定形碳的方法虽然在一定程度上缓解了硅基负极材料的容量衰减，但由于上述方法采用的商业化的纳米硅粉甚至微米硅粉，硅粉在基体中很难达到纳米级的分散均匀，所以不能从根本上抑制充放电过程中的体积效应，容量依然会随着循环次数的增加而较快地衰减。而且，在纳米硅粉表面包覆无定形碳增加导电性的作用有限。因此，开发一种原料易得、工艺简单、且能有效抑制硅的体积效应的制备工艺，是制备高容量硅基负极材料领域要解决的难题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种硅氧复合材料及其制备方法、锂离子电池，该硅氧复合材料可以大大降低嵌脱锂过程的体积效应，提高锂离子电池的比容量。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种硅氧复合材料，该硅氧复合材料的基体材料为硅与二氧化硅的复合材料，且在所述基体材料外包覆有金属银。

优选的是，所述硅氧复合材料中的金属银的质量为所述基体材料的质量的1%～20%。

优选的是，所述硅氧复合材料中的金属银的质量为所述基体材料的质量的5%～15%。

本发明提供一种硅氧复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将一氧化硅加热歧化反应生成硅与二氧化硅的复合材料；在硅与二氧化硅的复合材料中，硅分布在二氧化硅基体中。

（2）在所述硅与二氧化硅的复合材料外包覆金属银，得到硅氧复合材料。

优选的是，在所述步骤（1）与所述步骤（2）之间还包括步骤（i），将所述硅与二氧化硅的复合材料通过球磨机进行球磨，所述球磨机的转速为300～500转/分钟，所述球磨机的球磨时间为2～12小时。

优选的是，所述步骤（1）中所述一氧化硅加热歧化反应的加热温度为700℃～1200℃，加热时间为0.5～24小时。在该条件下，一氧化硅加热歧化反应生成的硅与二氧化硅的复合材料中的硅为纳米硅，且纳米硅分布在二氧化硅基体中。

优选的是，所述步骤（1）中所述一氧化硅加热歧化反应的加热温度为800℃～1100℃，加热时间为1～6小时。

优选的是，所述步骤（2）中在所述硅与二氧化硅的复合材料外包覆金属银的具体方法为：将所述硅与二氧化硅的复合材料与银氨溶液混合，再加入还原剂将银氨溶液中的银离子还原成金属银，且所述金属银镀于所述硅与二氧化硅的复合材料上，得到硅氧复合材料。

优选的是，所述还原剂为甲酸盐、甲酸酯、甲醛、乙醛、葡萄糖中的任意一种或几种。

优选的是，所述步骤（2）的反应控制反应温度为10～90℃，反应时间为0.5～4小时。

本发明提供一种锂离子电池，其负极含有上述的硅氧复合材料。

优选的是，该锂离子电池的负极还含有石墨，其中，所述硅氧复合材料的质量占所述硅氧复合材料与所述石墨混合物总质量的5%～30%。