[发明专利]碳包覆SiO/ZrO2复合氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池电极材料制备技术领域，且特别涉及一种碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有电压高、比能量高、工作温度范围宽、自放电率低、无记忆效应、无环境污染等特点，与镍镉和镍氢电池相比，循环寿命长、安全性能好，因此目前锂离子电池已部分替代其他电源，应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、照相机等便携式电子设备中，未来还将在电动汽车、卫星及航天等军事领域得到广泛的应用。

目前工业使用的锂离子电池负极材料多为碳负极材料，包括天然石墨、人造石墨，其理论容量为372mAh·g^-1，而新型负极材料中过渡金属氧化物的理论容量范围在500-1000mAh·g^-1，其因远高于碳负极材料的理论容量、储量丰富、成本低廉、环境友好等优点被认为是重要的替代性锂电池负极材料，成为人们的研究热点。

虽然过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料具有以上诸多优点，但过渡金属氧化物在充电过程中产生的体积膨胀制约了其商业应用。已有研究证实碳包覆是限制过渡金属氧化物体积膨胀的有效手段之一，目前常用的过渡金属氧化物碳包覆方法有物理混合法和化学气相沉积法等。其中，物理混合法制得的碳包覆过渡金属氧化物的碳包覆层在充电过程中极易发生脱落，而化学气相沉积法制得的碳包覆过渡金属氧化物的碳包覆层依旧难以限制充电过程中氧化物颗粒内部的体积膨胀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物的制备方法，方法简单、成本低廉，适用于工业生产。

本发明的目的在于提供一种碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物，用作锂离子电池负极材料，碳包覆层不易脱落，且可限制氧化物颗粒内部的体积膨胀，组成的锂离子电池具有优异的倍率性能和循环稳定性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物的制备方法，其包括以下步骤：

将原料SiO、ZrO₂和去离子水按重量比1：0.01～0.04：100～130投料，以球磨转速350-500r/min球磨9-12h，干燥得到SiO/ZrO₂复合氧化物粉末；

将SiO/ZrO₂复合氧化物粉末在惰性气体保护下，先以升温速率8～11℃/min加热至600～900℃，再在烷烃气体的作用下，保温反应10～40min后，冷却至室温。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述球磨的方法是：将原料和不锈钢磨球投入不锈钢球磨罐，密封不锈钢球磨罐后，放入球磨机中进行球磨。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述投料的方法是：先将SiO、ZrO₂投入不锈钢球磨罐，再加入去离子水和不锈钢磨球。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述不锈钢磨球的直径为1～2.5mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述SiO与不锈钢磨球的重量比为1：150～200。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述干燥的方法是：于70-95℃下干燥至少24h。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述制备碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物的具体方法是：

将SiO/ZrO₂复合氧化物粉末置于管式炉的石英管中，密封石英管，往石英管内通入流量为450～550ml/min的惰性气体30～40min；

保持通入的惰性气体流量不变，将管式炉加热至600～900℃；

将通入的惰性气体切换成流量为250～350ml/min、由C₂H₂和氩气组成的混合气体，保温反应10～40min；

将通入的混合气体切换回流量为450～550ml/min的惰性气体，冷却至室温，即得碳包覆SiO/ZrO₂复合氧化物。

进一步地，在本发明较佳实施例中，上述混合气体是由体积比为3～7:97～93的C₂H₂和氩气组成，惰性气体为氮气或氩气。

进一步地，在本发明较佳实施例中，先将SiO/ZrO₂复合氧化物粉末放入石英坩埚，再将石英坩埚置于石英管中。