[发明专利]一种以碳材料为载体低温合成SiOx/C负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极材料的制备方法，具体涉及一种以碳材料为载体低温合成SiOx/C负极材料的制备方法。

背景技术

硅具有理论容量大、放电电位低等优点，是非常有应用前景的锂离子电池负极材料。二氧化硅储量大、价格低廉，是合成硅负极材料常用的原料。通常与还原金属镁、铝等混合，500度以上高温反应生成硅负极材料。但该方法需要高温气氛还原，存在一定的安全隐患。而且硅导电性差、体积膨胀等问题，循环寿命和电化学性能差。

目前，科研人员发展了一系列新方法合成制备硅负极材料。专利(CN105789577 A，一种锂离子电池用硅负极材料的制备方法)以氧化亚硅为原料，表面羟基化、石墨混合、分离干燥、高温煅烧，，一定程度提高了硅电极材料的电化学性能。Magasinski[Magasinski A，Dixon P，Hertzberg B，Kvit A，Ayala J，YushinG.Nat.Mater.，2010，9(4)：353-358.]热处理炭黑，采用CVD法将纳米硅沉积炭黑表面，获得硅碳复合材料。该材料显示较好的电化学性能。但是，现有的硅负极材料制备工艺仍然存在高温能耗大、制备工艺成本高等问题。

因此，开发电化学性能好、成本廉价的硅负极材料是实现其应用急需解决的问题之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种以碳材料为载体低温合成SiOx/C负极材料的制备方法，克服现有制备技术的缺陷，降低硅电极制备成本，提高硅电极材料的电化学性能。为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：以碳材料为载体，有机硅水解沉积二氧化硅，再与金属、低熔点盐混合、热还原，再洗涤烘干，获得SiOx/C负极材料；碳材料为氧化石墨烯、石墨烯、多壁纳米碳管、单壁纳米碳管、炭黑、活性炭、富勒烯、介孔碳的一种或多种，还原金属为金属锂、镁、铝、钾、钙、钠、锶、钡以及上述金属的合金中的一种或多种；低熔点盐为铝、锌、钠、钾、锂、镁的氯盐、溴盐和氟盐中的一种或多种；SiOx/C的摩尔比(0.5～5)∶1，硅：还原金属：低熔点盐的摩尔比为1∶(2～5)∶(1～20)；一种以碳材料为载体低温合成SiOx/C负极材料的制备方法包括：

1)称量一定质量的碳材料分散在有机溶剂水溶液中，加入表面活性剂，超声1～20h；其中，有机溶剂为乙醇、甲醇、四氢呋喃、甲醚、乙醚、丙酮、丁酮及上述有机物衍生物的一种或几种；有机物与水的体积比为(0.1～10)∶1；

2)将有机硅的乙醇溶液滴入步骤1)的产物，搅拌1～40h；温度控制在10～100℃；其中，有机硅为硅酸酯、硅烷、氯化硅、溴化硅及上述有机物衍生物的一种或多种；

3)将步骤2)的产物分离、烘干，与金属和低熔点盐混合，放入容器、抽真空、封闭、在200～500℃放置2～40h；

4)将步骤3)的产物投入盐酸溶液，浸渍5～60h；分离、去离子水洗涤、烘干，获得SiOx/C负极材料。

本发明提供的硅负极材料制备方法，与其它负极材料制备方法相比，具有如下优点：

1)本发明工艺简单、操作方便，有利于工业化生产。

2)采用金属还原剂和低熔点盐与二氧化硅反应，极大降低二氧化硅被还原的温度，降低能耗；

3)本发明专利以炭材料为载体沉积二氧化硅，采用有机物水溶剂，有利于调控二氧化硅沉积速率和颗粒尺寸；碳材料也能提高硅负极材料的导电性；另外大表面积、多空结构的碳材料，能缓解硅负极材料在充放电循环过程中的体积变化；因此该方法制备的硅负极材料具有很好的电化学性能，在锂离子电池领域具有很好的应用前景。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例，并详细说明如下：

实施例1

一种以碳材料为载体低温合成SiOx/C负极材料的成分设计：

1)多壁纳米碳管，0.02mol；正硅酸乙酯，0.02mol；金属锂，0.04mol；氯化铝，0.04mol；

2)石墨烯，0.01mol；四氯化硅，0.02mol；金属镁，0.04mol；溴化铝，0.06mol；

3)氧化石墨烯，0.01mol；二氯硅烷，0.02mol；金属锶，0.04mol；氟化钙，0.06mol；

4)炭黑，0.01mol；三氯硅烷，0.02mol；金属钡，0.04mol；溴化镁，0.06mol；

5)活性炭，0.01mol；正硅酸乙酯，0.02mol；金属铝，0.04mol；溴化钠，0.06mol；