[发明专利]二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体公开了一种二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料及制备方法。其原料组份为：有机嵌段聚合物表面活性剂，硅源，以及能分别溶解所述有机嵌段聚合物表面活性剂和硅源料的液体溶剂。其制备方法包括以下步骤：首先，称取有机嵌段聚合物表面活性剂作为成型剂，并溶于液体溶剂形成第一溶液；再称取硅源另溶于所述液体溶剂，形成第二溶液；将第二溶液加入第一溶液，恒温搅拌均匀，形成第三溶液，再将第三溶液恒温蒸发成凝胶；最后，将凝胶进行热处理，即得。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别涉及一种二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料及制备方法。

背景技术

一维纳米材料，如纳米纤维，由于其特殊的形貌，独特的光、电、磁和光催化等物理和化学性质，以及它们在纳米器件以及能量转化及复合材料中潜在的应用前景，使一维纳米结构的合成研究受到很多人的关注。随着微纳米技术的发展和应用,一维纳米材料制备技术变得尤为重要，尤其在锂离子电池材料领域更为重要。但传统的纳米纤维制备技术复杂，设备昂贵，成本很高，开发简单的低成本纳米纤维制备方法就显得很重要。

碳材料是锂离子电池传统的负极材料,但由于其存在着首次充放电效率低、比容量低以及有机溶剂共嵌入等不足,人们开始寻找其它有前途的新型高比容量(特别是体积比容量)和高充放电效率的非碳负极材料的研究，其中二氧化硅材料理论上具有储锂性能，但一般微米结构的二氧化硅很难实现储锂活性，无法在锂离子电池中得到实际使用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料及其制备方法。该二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料具有高比容量、高充放电效率及良好的循环性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(一)一种二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料，其特征在于，包括以下原料组份：有机嵌段聚合物表面活性剂，硅源，能分别溶解所述有机嵌段聚合物表面活性剂和硅源的液体溶剂。

优选地，所述有机嵌段聚合物表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物；进一步优选地，所述聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷嵌段共聚物为市售商品Pluronic P₁₂₃(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)或F₁₂₇(EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆)。同时，有机嵌段聚合物表面活性剂既作为成型剂也充当碳源。

优选地，所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯或硅酸钠；也可以是硅酸盐类、正硅酸乙酯类、正硅酸甲酯类、硅酸乙酯类等中间体，以及通过各种方法合成得到的硅源。

优选地，所述液体溶剂为水、甲醇、乙醇或丙醇。

(二)上述二氧化硅碳复合纳米纤维锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，称取有机嵌段聚合物表面活性剂作为纳米纤维成型剂和碳原料，并溶于液体溶剂形成第一溶液；再称取硅源另溶于所述液体溶剂，形成第二溶液；将第二溶液加入第一溶液，恒温搅拌均匀，形成第三溶液，再将第三溶液恒温蒸发成凝胶；最后，将凝胶进行热处理，即得。

优选地，所述恒温蒸发温度在从室温到100℃范围内；进一步优选地，所述恒温搅拌温度在从室温到60℃范围内。

优选地，所述将凝胶进行热处理热是在500-1300℃范围内于惰性气氛炉中煅烧热处理2-10h。硅原料转变为非晶二氧化硅纳米粒子，有机聚合物碳化后转变为非晶碳，共同组成二氧化硅碳复合纳米纤维；所述气氛炉的气氛为氮气、氩气、二氧化碳、含氢的氩气或氮气；进一步优选地，所述气氛炉的气氛为氮气和氩气。