[发明专利]一种C包覆SiO-SnSiO4

说明书

本发明公开了一种C包覆SiO‑SnSiO₄‑Si超粒子材料及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：(1)将SiO、SnO₂、纳米硅放入球磨机中，加入分散剂后进行球磨处理，得到的混合物经过喷雾干燥后，得到SiO‑SnO₂‑Si混合物；(2)将SiO‑SnO₂‑Si混合物放入管式炉中，在惰性气氛中进行高温煅烧得到SiO‑SnSiO₄‑Si超粒子；(3)往管式炉中通入氮气乙炔混合气氛，进行C包覆处理，得到C包覆SiO‑SnSiO₄‑Si超粒子材料。本发明通过SnO₂和SiO₂原位合成SnSiO₄减少有害相SiO₂的生成量，有助于提高电池的首次库仑效率，SnSiO₄作为电化学惰性相，可缓解Si和SiO在脱嵌锂过程中的体积膨胀问题，同时碳包覆能有效提高其导电性并稳定电极材料在循环过程中结构变化，在高比能电池领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于新一代电化学储能领域，具体涉及一种C包覆SiO-SnSiO₄-Si超粒子材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电动汽车、储能电站及便携式电子设备等的快速发展。高比能锂离子电池收到越来越多的关注。锂离子电池的容量决定于正极材料的活性锂离子以及负极材料的可嵌脱锂能力，正负极在各种环境下的稳定性决定了电池的性能发挥，甚至严重影响电池的安全性，因此，电极的性能在一定程度上决定了锂离子电池的综合性能。然而，目前商业化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳负极材料，其理论比容量仅为372mAh/g(LiC₆)，严重限制了锂离子电池的进一步发展。硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系，其形成的合金为Li_xSi(x＝0～4.4)，理论比容量高达为4200mAh/g，因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度和在Li-Si合金中的高Li摩尔分数，被认为是碳负极材料的替代性产品。但是硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。

SiO的导电性较差，性质接近绝缘体，导致其电化学反应的动力学性能较差，而SiO材料中包含的SiO₂在首次嵌锂反应中转变成Li₄SiO₄、Li₂Si₂O₅等物相，消耗较多的锂离子，致使首次充放电效率较低。主流的商业化的氧化亚硅复合负极材料一般都进行了碳包覆，这一方面改善了材料的导电性，同时也避免了氧化亚硅材料直接和电解液接触，改善了材料的循环性能。硅基负极材料大规模应用仍然面临众多考验，进一步改善材料的循环性能，提高材料的首次库伦效率，并降低生产成本，广大科研工作者和厂商仍然任重而道远。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种C包覆SiO-SnSiO₄-Si超粒子材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种C包覆SiO-SnSiO₄-Si超粒子材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将SiO、SnO₂、纳米硅放入球磨机中，加入分散剂后进行球磨处理，得到的混合物经过喷雾干燥后，得到SiO-SnO₂-Si混合物；

(2)将SiO-SnO₂-Si混合物放入管式炉中，在惰性气氛中进行高温煅烧，冷却后得到SiO-SnSiO₄-Si超粒子；

(3)往管式炉中通入氮气乙炔混合气氛，进行C包覆处理，自然冷却后得到C包覆SiO-SnSiO₄-Si超粒子材料。