[发明专利]硅氧碳复合材料、制备方法及锂电池材料

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种硅氧碳复合材料、制备方法及锂电池材料，硅氧碳复合材料为硅@碳@氧化硅@碳复合物，该硅@碳@氧化硅@碳复合物以纳米硅为内核，纳米硅的外周依次包覆三层包覆层，三层包覆层依次为第一碳包覆层、氧化硅层和第二碳包覆层，第一碳包覆层作为外壳包覆于所述纳米硅外周，氧化硅包覆于第一碳包覆层外周，第二碳包覆层包覆于氧化硅层外周，氧化硅层设置通孔。本发明的复合材料氧化硅具有较为坚固的结构能够较好的抑制纳米硅的膨胀，第一碳包覆层使得其具有较好的导电性能，硅氧碳负极材料在锂离子电池中表现出来较高的比容量和良好的循环性能。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种硅氧碳复合材料、制备方法及锂电池材料。

背景技术

近年来，锂离子电池因其独特的优势备受人们的关注。随着人们对锂离子电池能量密度和功率密度要求的提高，传统的石墨材料越来越不能满足人们的要求。硅作为锂离子电池负极材料，具有比容量高（4200mAh/g），脱嵌锂电位适中，储量丰富等特点，被认为是下一代最有潜力的高性能锂离子电池负极材料之一。然而，硅在充放电过程中会发生巨大的体积膨胀（300%），导致硅颗粒粉化，破碎，从集流体上脱落，从而导致循环性能变差。另一方面，硅的导电性差，导致其倍率性能差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种有效改善硅的体积膨胀及提高导电性的硅氧碳复合材料、制备方法及锂电池材料

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，硅氧碳复合材料，其特征在于：所述硅氧碳复合材料为硅@碳@氧化硅@碳复合物，该硅@碳@氧化硅@碳复合物以纳米硅为内核，纳米硅的外周依次包覆三层包覆层，三层包覆层依次为第一碳包覆层、氧化硅层和第二碳包覆层，第一碳包覆层作为外壳包覆于纳米硅外周，氧化硅包覆于第一碳包覆层外周，第二碳包覆层包覆于氧化硅层外周，氧化硅层设置通孔。

进一步优选，所述氧化硅层为一体结构。

进一步优选，所述第一碳包覆层包括无定型碳和/或碳纳米管。

进一步优选，所述第二碳包覆层包括无定型碳。

进一步优选，所述纳米硅的中值粒径为50-150nm，所述硅@碳@氧化硅@碳复合物的粒径为200-500nm，所述氧化硅层通孔的直径为硅@碳@氧化硅@碳复合物粒径的4%-20%。

本发明所述的硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：

步骤S1：以纳米硅、第一碳源和正硅酸四丁酯为前驱体，采用氨水作催化剂，反应得到硅@碳@氧化硅复合物；

步骤S2：将步骤S1得到的硅@碳@氧化硅复合物和第二碳源混合并于高温煅烧形成硅@碳@氧化硅@碳复合物；

步骤S3：将步骤S2得到的硅@碳@氧化硅@碳复合物与氟化氢溶液反应，得到氧化硅层具有通孔结构的硅@碳@氧化硅@碳复合物。

进一步优选，所述第一碳源为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或羟基化碳纳米管中的一种或几种的混合；所述第二碳源为葡萄糖、蔗糖、柠檬酸或沥青中的一种或几种的混合。

进一步优选，所述煅烧温度为500-1000℃，煅烧时间为5-12h；煅烧氛围为惰性气体，该惰性气体为氮气、氩气或氩气/氢气混合气体。

进一步优选，所述硅@碳@氧化硅复合物和第二碳源混合的质量比为9:1-1:1。

本发明所述的硅氧碳复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：将第一碳源分散于水中，搅拌，加入乙醇，搅拌均匀后加入纳米硅和浓度为30wt%的氨水，继续搅拌，再加入正硅酸四丁酯，搅拌反应1-24h，得到硅@碳@氧化硅复合物；