[发明专利]介孔非晶SiOX

说明书

本发明公开了一种介孔非晶SiOX/C纳米复合负极材料，其特征在于，所述介孔非晶SiOX/C纳米复合负极材料中，1≤X≤2，介孔孔径为2‑50纳米；其制备方法，包括以下步骤：首先，分别取大分子的机聚合物表面活性剂、含有sp2杂化碳的苯环的小分子有机物、水和稀盐酸混合均匀，恒温搅拌，生成混合溶液；然后，向混合溶液中滴加硅原料，剧烈搅拌后，将其静置反应，陈化后过滤得到的白色固体；最后，将白色固体经过室温干燥后，在惰性气氛中热处理，即得到所述介孔非晶SiOx/C纳米复合锂离子电池负极活性材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体涉及一种介孔非晶SiOX/C纳米复合负极材料及一步制备方法。

背景技术

锂离子电池是便携式消费类电子产品和包括电动汽车在内的新能源产业的关键储能器件，限制其容量进一步提高的主要因素是电极材料。目前，商业化的锂离子电池负极材料普遍采用碳材料，其理论比容量只有372mAh/g，限制了锂离子电池比容量的进一步提高，很难满足目前电子产品对大容量锂离子电池的要求。此外，碳材料在电解质中的化学稳定性较差，存在着安全隐患。为了克服碳材料的缺点，人们通过物理、化学手段对碳材料进行改性和寻找可以替代碳材料的新型负极材料。

锡基负极材料一类理论容量较高(993mAh/g)和安全性较好的新型负极材料，但是其存在两个主要问题：一是首次不可逆容量大，二是循环过程中锂离子脱嵌是产生的体积变化比较大，这使得锡基负极材料的容量和循环性能表现不理想。硅负极材料是目前理论容量最高的负极材料(最高可达4200 mAh/g)，然而硅材料在充放电过程中的巨大体积变化以及制备较为困难严重阻碍了其实际应用前景。

与Si材料相比，非晶SiOx制备很简单，易于大规模生产。通过研究我们发现非晶SiOx单独作为电极材料几乎无电化学性能，而与碳材料复合后具有良好的电化学性能。

介孔非晶SiOx/C复合材料的电化学性能与材料的形貌特征、颗粒尺寸、碳材料的分布以及制备工艺密切相关。尤其是合成工艺起着决定性作用，由于SiOx材料的合成工艺比较成熟，合成方法较多，主要有模板法、化学气相沉淀法、球磨法等，其中模板法能够较为容易控制材料的粒径大小和材料的形貌。

文献1(Manickam Sasidharan,Dian Liu,Nanda Gunawardhana,Masaki Yoshio,Kenichi Nakashima.Synthesis,characterization and application for lithium-ionrechargeable batteries of hollow silica nanospheres[J]. J.Mater.Chem.,2011,21,13881-13888)中记载，Liu等人采用苯乙烯- 聚乙烯基吡咯烷酮-聚氧乙烯(PS-PVP-PEO)三元嵌段共聚物为模板制备了SiO2中空微球，其颗粒粒径为20nm左右，经过25次循环后其容量保持率只有100 mAh/g左右。文献1中的技术是先利用湿化学法制备出模板，然后利用模板法合成具有中空结构的SiO2材料，整个实验工艺较为复杂，实验周期较长、且不易操作。此外SiO2材料的电化学性能较差，远达不到实际应用水平。