[发明专利]一种硅氧碳微球复合负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硅氧碳微球复合负极材料及其制备方法与用途。所述硅氧碳微球为核壳结构，直径为200～300nm。制备方法是：将硅烷的乙醇溶液加入到乙醇、去离子水和氨水的混合液中并搅拌；再将间苯二酚和甲醛加入上述混合液中并搅拌；然后转入高压反应釜中反应；冷却至室温，离心分离后用乙醇和去离子水洗涤，然后真空干燥，得到二氧化硅/酚醛树脂复合材料；将二氧化硅/酚醛树脂复合材料高温热处理，即可得到硅氧碳微球复合负极材料。本发明的硅氧碳微球复合负极材料应用于锂离子电池，不仅能改善锂电池的首次库伦效率和循环寿命，而且工艺简单、重现性好、易于实施，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种硅氧碳微球复合负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着锂离子电池技术的不断发展，其在军事、航天、民用等领域发挥着越来越重要的作用，被广泛应用在电子设备、动力汽车和静态储能等领域，锂离子电池需求飞速增长。尤其是在国家大力发展新能源电动汽车的政策鼓舞下，锂离子电池的市场进入了快速发展通道，同时，随着新能源汽车的飞速发展，必须要大幅度提高动力锂离子电池的能量密度。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，决定着锂离子电池的性能及安全性。目前市场上应用最广泛的石墨碳类负极材料的容量已经接近其理论容量372mAh/g，提升空间十分有限，其低容量密度严重抑制了锂离子电池的广泛应用。

硅基负极材料因其高比容量(4200mAh/g)、低脱锂电位等优势被认为是下一代锂离子电池极具应用前景的负极材料。然而，硅负极材料高的生产成本及脱嵌锂过程中大的体积变化(300％以上)而导致硅颗粒粉化、脱落以及容量衰减；硅颗粒表面固体电解质(SEI)膜的持续生长对电解液及来自正极的锂源的不可逆消耗等因素限制了其作为负极材料的广泛应用。另一方面，硅的氧化物，如氧化亚硅(SiO_x)相较于晶体硅纳米颗粒，具有更多优点，诸如具有高的理论容量(1500mAh/g以上)；在充放电过程中体积变化较小，在充放电过程中能生成硅、Li₂O和Li₄Si₄O₄。原位生成的硅均匀的分散在Li₂O和Li₄Si₄O₄基体中，既可以在一定程度上缓冲Si嵌脱锂过程中的体积膨胀，还可以防止Si颗粒的团聚，也能缓冲硅锂合金体积变化等。目前氧化亚硅(SiO_x)负极材料是业界认为最有希望产业化的新一代高容量硅基负极材料。尽管SiO_x存在这些优点，但SiO_x低的电导率和首次库伦效率及不容忽视的体积变化限制了其作为负极材料在动力锂电池领域的广泛应用。此外，目前广泛应用的商业氧化亚硅制备条件严格使其价格比较高。

针对氧化亚硅(SiOx)负极材料的这些问题，目前的主要改性方法是采用球磨、化学气相沉积等方法制备氧化亚硅/碳复合材料；但是这类方法工艺复杂，而且材料的循环性能和首次库伦效率不够高。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的之一是提供一种硅氧碳微球复合负极材料。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种硅氧碳微球复合负极材料，由硅烷、间苯二酚、甲醛、乙醇、氨水和去离子水制备而成；所述的硅氧碳微球的直径为200～300nm，所述微球的结构为氧化亚硅内核-碳外壳，所述碳外壳的厚度为20-80nm。

优选地，所述硅烷是四(2-甲氧基乙氧基)硅烷、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷中的一种或两种以上混合物。

本发明的目的之二是提供一种上述硅氧碳微球复合负极材料的制备方法。具体技术方案如下：

一种上述硅氧碳微球复合负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将硅烷加入到乙醇中搅拌直至全部溶解，硅烷在乙醇中的浓度为0.05～0.1g/L，得到溶液A；