[发明专利]锂离子电池SiO复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池SiO复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。本发明的锂离子电池SiO复合负极材料的制备方法包括：a.将SiO用易碳化有机物包覆后在100～250℃碳化，得到材料1；b.将材料1与含氟高分子混合，在惰性气氛保护下600～1100℃热处理0.5～5h，冷却后获得双壳异质碳包覆的SiO多孔复合材料。本发明合成材料呈现了优异的循环性能和高容量。本发明的方法解决了SiO刻蚀和包覆不能同步完成问题，且可规模化生产。与氢氟酸刻蚀相比，不仅极大地简化了制备程序和缩短了材料制备时间，而且避免了对操作人员健康和环境的危害。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池SiO复合负极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料技术领域。

背景技术

随着电动汽车、智能电网和其他高功率用电设备的发展，迫切要求发展功率高、容量大和循环寿命长的新一代锂离子电池。高性能电极材料是发展新一代锂离子电池的关键。目前，商用锂离子电池负极材料主要是石墨，理论容量低(372mAh g^-1)，经过多年的发展可改善的空间已非常小，寻找可替代石墨的新型负极材料已成为电极材料研究的重要方向。

在已知的负极材料中，硅因有最高的理论容量(4200mAh g^-1)和合适的嵌脱锂电势而被认为是新一代锂离子电池最理想的候选负极材料。然而，由于硅的体积膨胀太大，虽然纳米化可以解决硅颗粒自身的粉末化问题，再通过和其他材料复合可以获得进一步改善的循环性能，但是，固液界面膜随循环不断的重建仍然存在，导致充放电效率很少超过99.5％，这在全电池中是不可接受的。与硅相比，SiO的理论容量虽然降低了，但是其体积变化减小到大约200％。与除纯硅外的其他高容量负极材料相比，SiO可逆容量仍是最高的，而且由于其特殊的组成结构，不需要减小到纳米尺度也不会发生颗粒粉末化，再加上更适中的电势平台。因此，SiO被认为是最有希望获得大规模应用的高容量负极材料。

然而，SiO的体积变化仍是其应用的最多障碍。研究已经表明，蛋黄蛋壳结构和多孔结构是解决SiO体积膨胀最有效的途径，因为材料中的空隙可为其体积提供一定的空间，从而减小对材料结构和固液界面膜的破坏。然而，在目前的研究中，主要是通过氢氟酸或氢氧化钠的刻蚀来造孔，刻蚀时间长，刻蚀程度不易控制，彻底清洗困难，而且刻蚀和包覆完全分离。复杂的制备程序不仅使规模化生产变得困难，而且极大地提高了材料的制备成本。

何红艳.锂离子电池Li₂MoO₃与SiO@F-doped C负极材料的制备及电化学性能.硕士毕业论文公开了一种新型多孔SiO@F-doped C复合材料，其在电流密度400mA g^-1，循环400周后，容量保持率75.2％、83.84％。循环性能虽然有提升，但仍然不够理想。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种锂离子电池SiO复合负极材料的制备方法，该方法能制备得到一种循环性能优异的材料。

为了解决本发明的第一个技术问题，本发明的锂离子电池SiO复合负极材料的制备方法包括：

a.将SiO用易碳化有机物包覆后进行在100～250℃碳化获得材料1；

b.将材料1与含氟的高分子混合，在惰性气体保护下600～1100℃热处理0.5～5h，冷却后获得双壳异质碳包覆的SiO多孔复合材料。

材料1为单层碳包覆的SiO复合材料；b步骤在热处理过程中完成SiO的原位刻蚀获得多孔结构和第二层氟掺杂碳包覆。