[发明专利]一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料、制备方法及其应用，制备方法包括：将酚醛树脂溶于乙醇中得到物料A；在物料A中加入氧化石墨烯混合均匀，加入氧化亚硅粉末，加热搅拌至蒸干，然后进行真空干燥得到物料B；将物料B进行碳化处理得到所述改性碳包覆氧化亚硅复合材料。本发明所述制备方法简单易操作，成本较低，适宜大规模生产，得到的复合材料具有三维层状立体结构，能缓解巨大的应力变化，用于锂离子电池中，理论容量与首次库伦效高。

技术领域

本发明涉及纳米硅基材料技术领域，尤其涉及一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

石墨作为一种廉价，导电性好及稳定的材料，近年来在锂离子电池负极领域被广泛地应用。然而，石墨负极材料普遍地认为容量偏低(理论容量372mAh/g)，不能满足所需较高的能量密度的要求。与之对比，从目前产品化的硅碳负极材料性能来看，其最大的优势在于比容量的提升，硅碳负极可显著提升电池能量密度，从而在体积或重量不变情况下，使电池装入更多电量。然而氧化亚硅存在较大的体积效应(>100％)，使其在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落，使得活性物质与活性物质、活性物质与集流体之间失去电接触，同时不断形成新的固相电解质层SEI，最终导致电化学性能的恶化。

目前市场化的硅碳负极材料大都采用核壳结构，旨在提升硅/氧化亚硅表面的导电能力，然后通过与石墨混合随后直接应用于电池材料中。然而，硅/硅氧颗粒表面的碳层是刚性结构，不具有缓解体积变化的作用，并且会随着充放电的过程发生明显的破裂。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料、制备方法及其应用，所述制备方法简单易操作，成本较低，适宜大规模生产，得到的复合材料具有三维层状立体结构，能缓解巨大的应力变化，用于锂离子电池中，理论容量与首次库伦效率高。

本发明提出的一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将酚醛树脂溶于乙醇中得到物料A；

S2、在物料A中加入氧化石墨烯混合均匀，加入氧化亚硅粉末，加热搅拌至蒸干，然后进行真空干燥得到物料B；

S3、将物料B进行碳化处理得到所述改性碳包覆氧化亚硅复合材料。

优选地，在S1中，酚醛树脂与乙醇的质量体积比为0.1-1：20-80g/mL。

优选地，S1的具体操作为：将酚醛树脂加入乙醇中，搅拌后超声分散，使酚醛树脂溶解得到物料A。

优选地，超声分散的时间为0.2-1h。

优选地，在S2中，氧化石墨烯与物料A中的酚醛树脂的质量比为1-1.5：2-5。

优选地，在S2中，所述氧化亚硅粉末的尺寸为1-10μm。

优选地，在S2中，加热搅拌至蒸干的过程中，温度为60-120℃；真空干燥的温度为80-150℃，真空干燥的时间为12-24h。

优选地，在S3中，所述碳化处理的具体工艺为：在惰性气体的氛围中，以2-10℃/min的升温速率升温至600-1000℃，恒温2-6h。

优选地，所述惰性气体为氮气、氩气中的一种或者两种的混合物。

优选地，升温速率为2℃/min。

优选地，在得到的改性碳包覆氧化亚硅复合材料中，碳的质量含量为1-10wt％。

本发明还提出的一种改性碳包覆氧化亚硅复合材料，采用所述改性碳包覆氧化亚硅复合材料的制备方法制备而成。

本发明还提出的一种所述改性碳包覆氧化亚硅复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。