[发明专利]一种锂离子电池负极材料SiO@Al@C的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料SiO@Al@C的制备方法及应用。所述复合材料由纳米铝均匀涂覆在一氧化硅表面和致密的导电碳纤维组成。本发明的纳米铝和导电碳纤维大幅度提高了一氧化硅材料体系的导电性，保证其较高的库仑效率，有效地抑制其体积膨胀效应，循环性能和首次库仑效率也得到了显著改善，适合高容量长循环的锂离子电池负极，可应用于动力电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，本发明涉及一种锂离子电池负极材料SiO@Al@C的制备方法及应用。

背景技术

铝因其电化学理论容量高，Li₉Al₄(2234 mA h g^-1),Li₃Al₂(1489 mA h g^-1),LiAl(993 mA h g^-1), 远远高于商业化的石墨负极材料(372mA h g-¹), 而且其嵌锂电位在~0.2V,可有效地避免锂枝晶，增强了安全性能，并且Al 的导电性仅次于银和铜，可改善Li离子在嵌入脱出负极材料过程中的扩散速率，提高离子扩散的动力学，从而提高电池的循环性能。但是Al 负极在嵌锂过程会产生巨大的体积膨胀，从而导致电极发生破裂和粉化，而SiO作为负极材料在嵌锂时，体积膨胀效应远小于Al负极, SiO与Al复合可充当一种缓冲基质有效抑制了充放电过程的体积效应；另外，SiO表面易与电解液发生反应生成不可逆的Li₂CKLi₄SiO₄造成低的首次库仑效率，纳米铝颗粒包覆SiO表面，有效地降低了SiO与电解液的接触面积，有利于首次库仑效率的提高，因此纳米Al与SiO复合作为锂电池负极材料，可以充分发挥各自的优势同时弥补彼此的不知，对电池比容量的提高及循环稳定性有利。因此SiO@Al@C复合材料，在维持原有结构组分的基础上，不但等保证较低的体积效应，同时能大幅度提升其容量的发挥与首次库仑效率，同时改善其到导电性和大电流充放电能力以及循环稳定性及容量保持能力，是所属领域的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锂离子电池负极材料SiO@Al@C的制备方法及应用。

本发明提出的一种锂离子电池负极材料SiO@Al@C的制备方法，在一氧化硅表面均匀包覆纳米铝颗粒，再包覆导电碳层，得到锂离子电池负极材料SiO@Al@C；具体步骤如下：

（1）用高能球磨机将微米量级(~15um)的一氧化硅球磨成纳米量级(50~200nm)的颗粒，即纳米SiO，球磨时间在10h~72h；

（2）采用静电纺丝方法或冷冻干燥方法在一氧化硅表面均匀包覆纳米铝颗粒，所述静电纺丝方法具体为：将铝盐溶解在有机溶剂配成均匀透明溶液，控制溶液浓度为5wt%~20wt%，加入步骤（1）所得纳米SiO，在磁力搅拌器上搅拌24~48h，向溶液中加入前驱体，控制前驱体的浓度为10~30%，继续搅拌24~48h；将配成的溶液在静电纺丝机上进行纺丝，得到纺丝体；控制纺丝时工作电压在17KV~22KV，针头与接收板之间的距离为15cm-30cm；纺丝时周围空气湿度：25~35%；

或者：所述冷冻干燥方法具体为：将铝盐溶入去离子水，配成10~30wt%溶液，将步骤（1）得到的纳米SiO超声分散在溶液中，加10~20wt%的前驱体，磁力搅拌为10-20h，将搅拌后的溶液放入液氮中进行快速冷冻；然后用冷冻干燥机对冷冻样抽真空，进行干燥24~72h；

（3）将步骤（2）中获得产物在惰性气体中进行炭化，炭化温度为500~600℃，炭化时间2~5h；

（4）将步骤（3）得到的炭化后的产品与炭黑（SuperP）或乙炔黑及海藻酸钠粘结剂配成浆料研磨涂在集流体铜箔上，在干燥箱中干燥8~12h，然后切成电极片以待装电池；其中：锂离子的电池负极的一氧化硅与纳米铝按任意比例混合。