[发明专利]一种导电聚苯胺改性氮掺杂C/SiOx锂离子电池负极材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种导电聚苯胺改性氮掺杂C/SiOx锂离子电池负极材料及制备方法，该材料制备方法首先利用液相包覆法，将含氮有机化合物和SiOx加入含有有机碳源的混合物料中，使SiOx外层的碳包覆层更加均匀，利用碳材料良好的导电性改善了SiOx较差的本征电导率，为复合物中的电子传输提供了便利；氮元素的引入进一步提高了材料的整体导电性，增加了材料内部电子传输和锂离子迁移的通道，显著降低了电荷转移的阻抗；最后利用原位聚合方法在颗粒外表层包覆导电聚苯胺可以提升材料的Li⁺和电子的电导率，可以进一步提升材料的循环性能，提高材料的首次效率。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料的制备技术领域，具体涉及一种导电聚苯胺改性氮掺杂C/SiOx锂离子电池负极材料及制备方法。

背景技术

二次电池是一种利用可逆的化学反应进而实现化学能和电能相互转换的便携式储能装置，在诸多类型的二次电池中，锂离子电池因同时拥有高质量比能量、高体积比能量、长循环寿命和绿色环保等优点而被人们所青睐。目前已在手机、平板电脑、笔记本电脑和无人机等电子产品上得到广泛的运用，并且在更大型设备如汽车、储能站以及航空装置等领域也表现出巨大的潜力。其中在新能源汽车行业尤其表现出发展的必要性，原因是燃油汽车是目前化石燃料最大的消耗源之一，发展新能源汽车可直接大幅度降低对化石燃油的需求；其次，燃油车尾气中含大量空气污染物，而新能源车是以纯电力驱动，因此不会有环境污染物的排放。为此，在政界、经济学界、科技界以及生活界形成了一条一致认同的观点，即未来必需也必然是朝着更广泛地使用更高效的纯电动汽车方向发展。但受限于目前石墨负极材料较低的比容量上限，相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限，因而迫切需要开发出更高能量密度锂离子电池。

硅基负极材料(包括硅和硅氧化物)拥有超高的比容量和低且安全的工作电压，如在电池负极(如石墨负极)中使用少量的硅负极材料即可明显的提升电池整体的能量密度，因此对下一代高里程新能源汽车的推进有着重要的意义。然而，硅基负极合金化机制的微观学表现是在一个硅原子晶格内同时插入多个锂原子，结果则是锂化后的合金相(LixSi)在体积上比原始Si扩张了好几倍(Si～320％，SiO～170％)，如此巨大的体积扩张会对材料甚至整个电极的结构稳定性造成严重的破坏，从而导致电池的循环稳定性极差。

近年来，氧化亚硅(SiO_x)逐渐被应用到锂离子电池中来，由于其结构为纳米硅颗粒分散于周围的二氧化硅母体中，二氧化硅对硅的膨胀起到很好的束缚作用，同时由于纳米硅颗粒尺寸很小，使得这种材料的总体膨胀率(200％)明显小于纯硅材料(300％)。但是，氧化亚硅也存在首次效率低，副反应较多等不足，且目前主要是以歧化反应之后的非均质氧化亚硅来应用，歧化反应之后形成的SiO₂和Si颗粒的分布均匀性无法严格控制，晶体Si与非晶SiO₂嵌锂过程中会形成明显的应力差，SiO₂低的电导率及离子传导率也使嵌锂过程中的极化增大，这些都会影响氧化亚硅基硅碳负极材料的循环性能。此外，SiO_x还存在首次库伦效率低下这一严峻的问题，同时也严重的限制了其在实际新能源汽车上的运用。

鉴于此，开发一种能有效改善SiO_x嵌锂过程动力学性能、首次效率以及循环性能的SiO_x负极材料显得很有必要。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种导电聚苯胺改性氮掺杂C/SiOx锂离子电池负极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种导电聚苯胺改性氮掺杂C/SiOx锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将有机碳源分散在溶剂中得到混合物料；

S2、将含氮有机物和SiOx加入混合物料中，超声分散均匀后进行加热处理，过滤干燥后，得到深棕色的前驱体；优选的，所述加热处理为水浴加热，其温度为80℃-100℃。