[发明专利]一种锂离子电池用中空SiOx@C立方形复合负极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用中空SiO_x@C立方形复合负极材料及制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。所述中空SiO_x@C立方形复合负极材料由内到外依次为空腔、SiO_x和碳壳三层。具体制备步骤如下：以纳米碳酸钙为模板，在模板上生长二氧化硅，然后再用液相法包覆一层有机碳源，通过热解、碳热还原、酸洗、干燥得到低氧值的中空SiO_x@C纳米立方形复合负极材料。该复合负极材料的立方形中空结构为SiO_x的体积膨胀提供了空间，使材料在脱嵌锂过程中保持结构稳定，外层包覆的碳提高材料的导电性，进而综合提升材料的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池中空SiO_x@C立方形复合负极材料及制备方法。

背景技术

随着新能源汽车产业的快速发展，作为核心部件和动力源泉的锂离子电池具有广阔的市场空间。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电少、充电速度快及环境友好等优点，是目前发展最快市场前景最好的二次电池。《中国制造2025》提出2020年单体电池能量密度达到300Wh/kg。要实现上述目标，迫切需要开发出高能量密度锂离子电池。目前，锂离子电池普遍采用的石墨负极理论容量仅为372mAh/g，实际容量已经接近极限，很难再有提高，难以满足电动汽车对电池能量密度越来越高的需求。

硅在常温下的理论容量为3580mAh/g，是石墨容量的十倍左右。但是硅在充放电过程中的的体积变化高达300％，容易引起活性材料粉化、脱落，并最终导电池容量的快速衰减，进一步限制了其商业化应用。SiO的理论容量大于2000mAh/g，在充放电过程中的体积膨胀只有200％，更具有商业化前景。因此开发循环性能优异的SiO基复合材料成为本领域技术人员所关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池中空SiO_x@C立方形复合负极材料的制备方法，该方法制备的中空SiO_x@C立方形复合负极材料具有高的比容量和优异的循环性能。

一种锂离子电池用中空SiO_x@C立方形复合负极材料，其特征在于：所述SiO_x@C复合负极材料为三层结构，由内到外依次为空腔、SiO_x和碳壳；所述中空为纳米立方形；所述SiO_x@C复合负极材料外形为纳米立方结构。

所述SiO_x@C复合负极材料的粒度为50～500nm。

一种如上所述锂离子电池中空SiO_x@C立方形复合负极材料的制备方法，所述中空形SiO_x@C负极材料由SiO_x和碳两种材料复合而成，所述SiO_x的粒度为30～200nm的中空纳米立方形，所述碳包覆在中空纳米立方形SiO_x上。具体制备步骤包括：

(1)制备CaCO₃@SiO₂纳米立方体：纳米碳酸钙分散在一定体积比的乙醇与水的混合溶液中，再加入适量氨水，搅拌均匀，得到纳米碳酸钙悬浮液；将正硅酸四乙酯加入上述纳米碳酸钙悬浮液中，在25℃～85℃下搅拌7～12h，离心水洗得到二氧化硅包覆纳米碳酸钙立方体的复合材料，即CaCO₃@SiO₂；