[发明专利]片层状硅氧化物和碳与一氧化钴复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种片层状硅氧化物和碳与一氧化钴复合材料及其制备方法，该方法包括：将一氧化硅与石墨粉球磨制备为硅氧化物/碳纳米结构，将球磨过后的硅氧化物/碳纳米产物分散到六水合硝酸钴溶液中，磁力搅拌4～8小时形成悬浊液，硅氧化物/碳与六水合硝酸钴的质量比为0.05～0.4:2.5；将得到的悬浊液在120～180摄氏度下进行水热反应，水热反应时间设定为8～12小时；反应液冷却至室温，将水热反应得到的沉淀物过滤、离心后干燥得到硅氧化物/碳‑一氧化钴复合物；将干燥得到的硅氧化物/碳‑一氧化钴复合物煅烧，煅烧温度设定为320～660摄氏度，煅烧时间设定为1.5～5小时，得到硅氧化物/碳‑一氧化钴复合纳米复合材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，尤其涉及一种层状结构的硅基纳米复合材料的制备方法。

背景技术

商业上使用的石墨负极材料的理论容量有限，难以满足各种消费电子设备日益增长的能源需求，开发新的高比容量锂离子电池对锂离子电池负极材料比容量提出了更高的要求。硅材料与过渡族金属钴化物材料作为锂离子电池中负极材料中最具竞争力的备选者，因为其成本低、对环境友好、理论比容量高、安全性好，近十年来一直受到广大研究者的重点研究。

与目前商业用的锂离子电池石墨类负极材料(其理论比容量仅为372mAh/g)相比，过渡族金属一氧化钴材料(理论储锂比容量为715mAh/g)更加有前途、有潜力作为下一代锂离子电池的负极材料。但是同其他负极氧化物材料一样，一氧化钴(CoO)也存在首次库伦效率低和充放电过程中体积效应较大，且在嵌锂过程中一氧化钴纳米颗粒存在少量的团聚的问题。通过研究发现，合理复合硅基氧化物材料与氧化钴材料并有效增加碳元素，可以在有效保持电极材料的比容量的同时并提高电极的循环稳定性，通过搭建特殊的纳米结构及复合材料可以有效地提高材料体系的稳定性，通过调节材料之间的配比也能在兼顾高比容量的同时并提高电极材料的稳定性；材料中存在的孔隙能为体积膨胀提供较大的缓冲空间，纳米化、特殊形貌也能较大程度的改善电极性能。

英文文献《Urchin-like CoO–C micro/nano hierarchical structures as highperformance anode materials for Li-ion batteries》公开由径向碳包覆的一氧化钴纳米线组成的海胆状一氧化钴/碳复合物锂离子电池负极材料。首先通过水热的方法合成海胆状碳酸钴氢氧化物前体，然后在用二次水热的方法去包覆碳结构从而保证复合物较好的稳定性。但是过于复杂的水热步骤，导致材料结构不稳定，而且制备成本增高，难以实现产业化生产。并且水热法包覆的碳源，碳含量不易控制，包覆过量影响整体电极材料的性能，使得容量不高。包覆过少，影响材料整体稳定性。文献中所给出的材料容量和稳定性一般。

因此，提供一种能够充分提高比容量和循环性能，且能够改善充放电过程中的体积形变问题的片层状硅氧化物/碳-一氧化钴纳米复合材料及制备方法成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高比容量、稳定循环性能的硅氧化物/碳-一氧化钴纳米复合材料，以及一种制备工艺简单、成本低廉、节能环保、易于大规模生产硅氧化物/碳-一氧化钴纳米复合材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的第一个目的在于提供一种片层状硅氧化物和碳与一氧化钴复合材料，其包括：摩尔比为0.2～0.6:1的硅氧化物/碳纳米颗粒及一氧化钴纳米片，其中，片层状硅氧化物和碳与一氧化钴复合材料中的一氧化钴纳米片相互交错形成堆叠的片层状基体，硅氧化物/碳纳米颗粒镶嵌于片层状基体的孔径中。

优选地，硅氧化物/碳纳米颗粒与一氧化钴纳米片的摩尔比为0.2～0.4:1。