[发明专利]一种锂磷氧氮改性的硅碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锂磷氧氮改性的硅碳复合材料及其制备方法，所述制备方法其包括以下步骤：首先将硅粉和氧化亚硅粉进行球磨混合后，获得混合粉体SiOx，其中0<x<2；将所述混合粉体SiOx与磷酸锂粉体进行球磨混合处理后，获得混合前驱体；所述混合前驱体在含氮源的气氛中烧结处理得到改性前驱体；在改性前驱体中加入有机碳源，在含有氩气的气氛中进行烧结处理，获得锂磷氧氮改性的硅碳复合材料。采用本发明技术方案得到的硅碳复合材料作为锂离子电池的负极，负极电阻小，锂离子传导速率高结构稳定性和容量保持率高，赋予所述锂离子电池具有高的首次充放电效率，且循环性能较好，循环寿命长，安全性能较高。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其涉及一种锂磷氧氮改性的硅碳复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有安全，使用寿命高，便捷可携带的特点使其作为一种便携式新型能源在众多电子产品领域获得了广泛地运用。目前，锂离子电池用负极材料的重点研究方向正朝着高比容量、大倍率高循环性能和高安全性能的锂型电池材料方向发展。

硅具有超高的理论容量（4200 mAh/g）和较低的脱锂电位（< 0.5 V）而被关注。但硅基负极材料存在着严重的体积膨胀现象，在完全嵌锂的过程中，体积的膨胀率可以达到300%，这不仅仅会影响硅负极的颗粒破碎，还会破坏电极的导电网络和粘接剂导电网络，导致活性物质的缺失，所以限制了硅负极的商业化应用。而碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小，具有较好的循环稳定性能，而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体；另外，硅与碳化学性质相近，二者能紧密结合，因此碳常用作与硅复合的首选基质。在 Si/C复合体系中，Si颗粒作为活性物质，提供储锂容量；C既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善Si质材料的导电性，还能避免Si颗粒在充放电循环中发生团聚。因此Si/C复合材料综合了二者的优点，表现出高比容量和较长循环寿命，有望代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。通过硅碳复合，锂离子电池可获得更高的比容量、更好的导电性与循环稳定性。

但是目前的硅碳复合材料作为负极材料的锂离子电池，存在首次充放电效率低，循环寿命差的问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种锂磷氧氮改性的硅碳复合材料及其制备方法，解决了现有硅碳作为负极材料首次充放电效率低，循环寿命差的技术问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种锂磷氧氮改性的硅碳复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：

首先将硅粉和氧化亚硅粉进行球磨混合后，获得混合粉体SiO_x，其中0<x<2；

将所述混合粉体SiO_x与磷酸锂粉体进行球磨混合处理后，获得混合前驱体；

将所述混合前驱体在含氮源的气氛中烧结处理得到改性前驱体；

在改性前驱体中加入有机碳源，在含有氩气的气氛中进行烧结处理，获得锂磷氧氮改性的硅碳复合材料。进一步的，该烧结温度为550~650℃，进一步优选的为600℃。

采用本发明的技术方案，首先将硅粉和氧化亚硅粉进行高能球磨混合处理，获得混合粉体SiO_x；再将其与磷酸锂粉体进行球磨混合处理后，获得混合前驱体；将所述混合前驱体在含有氮源的气氛中烧结处理得到改性前驱体；然后在再加入蔗糖，柠檬酸等碳源在含有氩气的气氛中进行烧结处理，获得锂磷氧氮LPON改性的硅碳复合材料最终获得LPON改性的硅碳复合材料。采用上述方法得到的硅碳复合材料具有良好的电子导电网络，提高了锂离子传导速率、以及结构稳定性和容量保持率。

作为本发明的进一步改进，所述硅粉、氧化亚硅粉的摩尔比为（0.5-1.5）：（0.5-1.5）。进一步优选的，所述硅粉、氧化亚硅粉的摩尔比为0.8-1.2：1。