[发明专利]一种硅氧复合材料及其制备方法

说明书

本公开提供了一种硅氧复合材料，该复合材料包括线状多孔骨架和沉积在所述线状多孔骨架孔隙中的硅氧纳米颗粒；所述线状多孔骨架孔径为5‑10nm，孔隙率为20‑35％，所述硅氧纳米颗粒的粒径为5‑8nm；优选地，所述线状多孔骨架孔径为6‑8nm，孔隙率为25‑30％；所述硅氧纳米颗粒的粒径为5‑6nm。该复合材料可以作为负极材料进一步缓解充放电过程中体积膨胀产生的应力，提升硅负极材料的导电性和机械强度。

技术领域

本申请涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种硅氧复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车行业的快速发展，对电动汽车的配套动力电池的能量密度、循环寿命、安全性能等方面的要求不断提高。目前，市场上量产的锂离子动力电池的负极材料大多以石墨为主，石墨负极材料的倍率性能不好，副反应较多且层状结构稳定性有待提高，难以满足市场需求。而硅负极材料作为最具潜力的新型负极材料，具有理论容量高(4200mAh/g)、嵌脱锂平台低、资源丰富、安全性好等优点，因此成为锂离子动力电池负极材料的主要研究方向。

但是，在充放电过程中，硅负极材料会伴随着巨大的体积变化(体积变化高达300％)，从而导致电极材料粉化失去电接触，SEI膜不断破裂和修复，造成容量快速衰减。氧化亚硅的理论容量(2600mAh/g)比硅低，Si-O键的强度是Si-Si键的2倍，且首周反应过程中生成的Li₂O、Li₄SiO₄以骨架网络析出，充当了一种良好的原位缓冲基质，虽然在一定程度上抑制了充放电过程中活性金属硅颗粒的体积效应，但是体积变化带来的问题并不能完全消除，其循环稳定性仍有待提高。并且，在首次循环过程中，由于氧化亚硅中惰性组分的生成，带来了较大的不可逆容量，导致其首次库伦效率低。这些因素极大地限制了氧化亚硅电化学性能发挥及其实际应用。

因此，需要寻找一种合适的硅负极材料，既可以有效的提高充放电过程中的循环稳定性，又可以提高首次循环过程中的首次库伦效率。

发明内容

本公开的目的在于提供一种硅氧复合材料以缓解充放电过程中体积膨胀产生的应力，进一步提升硅负极材料的导电性和机械强度。

为了实现上述目的，本公开一方面提供了一种硅氧复合材料，该硅氧复合材料包括线状多孔骨架和沉积在所述线状多孔骨架孔隙中的硅氧纳米颗粒；所述线状多孔骨架孔径为5-10nm，孔隙率为20-35％；所述硅氧纳米颗粒的粒径为5-8nm；优选地，所述线状多孔骨架孔径为6-8nm，孔隙率为25-30％；所述硅氧纳米颗粒的粒径为5-6nm。

可选地，所述线状多孔骨架的材料为多壁碳纳米管、碳纳米纤维和过渡金属氧化物纳米棒中的至少一种；所述过渡金属氧化物纳米棒为Fe₃O₄纳米棒或Co₃O₄纳米棒。

可选地，该复合材料包括包裹在所述线状多孔骨架表面的导电层；所述导电层的厚度为50-100nm；优选为50-70nm。

可选地，所述导电层为无定型碳导电层。

可选地，所述导电层的材料为导电聚合物，所述导电聚合物为聚多巴胺、聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶和聚二乙烯噻吩中的至少一种。

另一方面，本公开提供了一种制备硅氧复合材料的方法，该方法包括以下步骤：

S1、在第一碱性溶液中加入与线状多孔骨架前体混合后进行干燥，再进行第一煅烧，得到线状多孔骨架；

S2、将所述线状多孔骨架在水中分散，得到分散液，然后将所述分散液硅源材料混匀，并对所述硅源材料进行水解处理，得到水解处理后的物料；

S3、将所述水解处理后的物料进行过滤，得到滤渣，并将所述滤渣在还原性气氛中进行第二煅烧。