[发明专利]用于锂离子电池的硅氧化物/碳微球复合负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的硅氧化物/碳微球复合负极材料及其制备方法。所述的硅氧化物/碳微球由硅烷、间苯二酚、甲醛、刻蚀溶液、还原剂、乙醇、氨水和去离子水制备而成；所述的硅氧化物/碳微球复合负极材料为核‑壳结构，其直径为100～300nm，且内核硅氧化物与碳壳之间具有距离为15～45nm的空隙，内核硅氧化物的直径为30～150nm，碳壳的厚度为20～30nm，按质量百分数计，硅为15～40％，氧为13～21％，碳为45～70％。本发明的硅氧化物/碳微球复合负极材料工艺简单、重现性好、易于实施，适合大规模生产。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，涉及一种锂离子电池制备技术，尤其涉及一种基于锂离子电池硅氧化物/碳微球复合负极材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展进步，对能源的需求越来越多，化石能源被大量的消耗，环境污染日益严重，对清洁能源的需求愈发强烈。锂离子电池以其高容量、绿色环保等优势而在民用、军事、航天等领域发挥着越来越重要的作用，已经被广泛应用在电子设备、动力汽车和静态储能等领域。尤其是在国家大力发展新能源电动汽车的政策鼓舞下，锂离子电池需求也飞速增长。随着锂电池新能源汽车的飞速发展，必须要大幅度提高动力锂离子电池的能量密度和循环寿命。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，决定着锂离子电池的性能及安全性。目前市场上应用最广泛的石墨碳类负极材料的容量已经接近其理论容量372mAh/g，提升空间十分有限，其低容量密度严重抑制了锂离子电池的广泛应用。

硅负极材料因其高比容量(4200mAh/g)、低脱锂电位等优势被认为是下一代锂离子电池极具应用前景的负极材料。然而，硅负极材料高的生产成本及脱嵌锂过程中大的体积变化 (300％以上)而导致硅颗粒粉化、脱落以及容量衰减；硅颗粒表面固体电解质(SEI)膜的持续生长对电解液及来自正极的锂源的不可逆消耗等因素限制了其作为负极材料的广泛应用。另一方面，硅氧化物(SiO_x,0x2)相较于晶体硅纳米颗粒，除了具有高的理论容量(1500mAh/g 以上)外，还具有其它一些优点，诸如，在充放电过程中体积变化较小，且在充放电过程中能生成硅、Li₂O和Li₄Si₄O₄。这样，原位生成的硅均匀的分散在Li₂O和Li₄Si₄O₄基体中，既可以在一定程度上缓冲Si嵌脱锂过程中的体积膨胀，还可以防止Si颗粒的团聚，也能缓冲硅锂合金体积变化等。目前硅氧化物(SiO_x)负极材料是业界认为最有希望产业化的新一代高容量硅基负极材料之一。尽管SiO_x存在这些优点，但SiO_x低的电导率和首次库伦效率及不容忽视的体积变化限制了其作为负极材料在动力锂电池领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种用于锂离子电池的硅氧化物/ 碳微球复合负极材料及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于锂离子电池的硅氧化物/碳微球复合负极材料，其特征在于，所述的硅氧化物/ 碳微球由硅烷、间苯二酚、甲醛、刻蚀溶液、还原剂、乙醇、氨水和去离子水制备而成；所述的硅氧化物/碳微球复合负极材料为核-壳结构，其直径为100～300nm，且内核硅氧化物与碳壳之间具有距离为15～45nm的空隙，内核硅氧化物的直径为30～150nm，碳壳的厚度为20～30nm，按质量百分数计，硅为15～40％，氧为13～21％，碳为45～70％。

进一步优选，所述硅烷是四(2-甲氧基乙氧基)硅烷、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷中的一种或任意质量比的多种混合物。

进一步优选，所述刻蚀溶液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液中的一种或任意质量比的多种混合物，或氢氟酸溶液。

进一步优选，所述还原剂为铝，镁，钠，钾金属粉末中的一种或任意质量比的多种混合物。