[发明专利]一种碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，为解决现有氧化亚硅基复合材料在充放电之后，极易脱离接触，造成硅氧颗粒失去电化学活性的问题，提供了一种碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料及其制备方法，所述碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料由以下重量份的组分制成：氧化亚硅75~97份，碳源1~50份，增稠剂0.1~3份，碳纳米材料0.1~5份。本发明的复合材料基于氧化亚硅颗粒表层包覆一层非晶碳，同时碳纳米材料均匀的负载在氧化亚硅颗粒表面，非晶碳包覆层的限制作用和碳纳米材料的导电作用，能够大大改善材料的充放电过程中结构粉化失效问题，展现出良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着对新能源汽车和储能基站的需求不断增长，能源领域特别是锂离子电池吸引了人们的广泛关注。目前工业上广泛应用的锂离子电池负极材料是石墨碳材料，但其理论容量较低，寻找性能优越的新型负极材料是电化学领域的一个热点。

氧化亚硅因具有高理论比容量，丰富的原料储量、相对低廉的价格、对环境友好等优点而成为高能量密度负极材料研究和产业化热点。然而，氧化亚硅作为锂电池负极材料也存在急需解决的难题：在充放电过程中会产生较大大的体积形变（约200%），造成活性物质粉化而失去电学接触，从而导致循环性能较差。此外，氧化亚硅还存在电导率低的问题，同样限制其在锂离子电池负极的应用。

碳纳米管、石墨烯、碳纤维等碳纳米材料具有优异导电性、良好化学稳定性和较大的比表面积，为锂离子电池活性材料提供了一类新型导电剂。但在实际应用中，电极上的氧化亚硅颗粒和导电剂在充放电之后，极易脱离接触，造成硅氧颗粒失去电化学活性。

现有关于氧化亚硅基复合材料的研究，制备方法一般在氧化亚硅表面上，采用固相、液相或气相工艺直接包覆碳化，较少引入一维或者二维的碳纳米材料结构。此外，已报道材料结构是以包覆好的氧化亚硅颗粒为基材，通过高速混料、机械融合等物理方式，混入导电剂。该结构中导电剂并未以化学键状态结合在颗粒表面，在氧化亚硅充放电反应过程中，极易从其颗粒表面脱离失去导电活性，发挥不了碳纳米材料和氧化亚硅复合材料的优势。

发明内容

本发明为了克服现有氧化亚硅基复合材料在充放电之后，极易脱离接触，造成硅氧颗粒失去电化学活性的问题，提供了一种具有良好的电化学性能的碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料。

本发明还提供了一种碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料的制备方法，制备过程操作简单，对设备无特殊要求，原料易得经济，绿色环保，易于产业化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种碳纳米材料/非晶碳/氧化亚硅复合材料，由以下重量份的组分制成：氧化亚硅75~97份，碳源1~50份，增稠剂0.1~3份，碳纳米材料0.1~5份。

本发明通过增稠剂将碳纳米材料负载在氧化亚硅颗粒表面，再包覆非晶碳，结合了非晶碳包覆的限制缓冲作用和碳纳米材料的电导作用，可以很好的弥补氧化亚硅的缺陷。碳纳米材料作为一种有效的导电网络，避免氧化亚硅失活。非晶碳的限制作用与碳纳米材料、氧化亚硅颗粒结合，能够增强氧化亚硅颗粒的压力调控能力，从而有效防止锂离子嵌入与脱出过程中氧化亚硅颗粒的粉化。

作为优选，所述氧化亚硅的中值粒径控制在1~10μm；所述碳纳米材料选自碳纳米管、石墨烯，氧化石墨烯和碳纤维中的一中；所述碳纳米材料为管状、纤维状或者片状结构。

作为优选，所述碳源为高软化点沥青、中软化点沥青、低软化点沥青中的至少一种；本发明所述高软化点沥青的软化点为200～300℃；中软化点沥青的软化点为120～200℃、低软化点沥青的软化点为60～120℃。