[发明专利]一种多孔纤维硅氧负极复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多孔纤维硅氧负极复合材料及其制备方法。该制备方法包括：将SiO_x在惰性气氛下进行球磨获得球磨SiO_x；将球磨SiO_x、碳前驱体、钛前驱体和造孔剂按比例加入溶剂中搅拌均匀获得前驱体纺丝液，并进行纺丝获得前驱体纤维薄膜；将所述前驱体纤维薄膜经过稳定化处理和碳化处理，获得多孔纤维硅氧负极SiO_x@TiO₂/C复合材料。本发明制备方法简单环保，工艺中各项反应条件易控制产率高，且复合材料具有良好的导电性以及界面稳定性，具有较高的容量、良好的循环性能和倍率性能，可用于锂离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种多孔纤维硅氧负极复合材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有比能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，被广泛应用于便携电子设备和新能源汽车上。然而，传统的石墨负极材料(理论比容量低，372mAh g-1)难以满足下一代高能量密度锂离子电池的需求。硅的理论比容量高(3579mAh g-1)、反应电位适中(～0.4V)且资源丰富(地壳中第二丰富的元素)，是极具应用潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料之一。但是，由于在充放电过程中硅合金化反应而产生的巨大体积变化(～320％)，硅负极会产生颗粒粉化、电极结构破坏及界面稳定性恶化等问题，严重制约了其商业化应用。

因此，人们将目光转向了体积膨胀较小的SiO_x材料，但是SiO_x也面临着导电性差、不可忽略的体积膨胀的问题。研究人员已提出各种方法对氧化亚硅进行改性，比如球磨法、化学气相沉积法，溶胶凝胶法等。因此，开发一种解决SiO_x导电性差以及体积膨胀的问题的技术材料迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明通过静电纺丝法对SiO_x进行碳包覆和二氧化钛包覆，再通过稳定化处理和高温碳化处理获得多孔纤维结构，该纤维结构可以避免断裂问题，且对于压力和体积形变具有良好的适应性，由于活性物质和导电网络、集流体之间会存在更好的接触往往具有更好的导电性，同时也可以降低电解液和电极之间的界面阻抗，可用于锂粒子电池负极材料。

为实现上述发明目的，本发明提供了多孔纤维硅氧负极复合材料的制备方法，具体包括：

将SiO_x在惰性气氛下进行球磨获得球磨SiO_x；

将球磨SiO_x、碳前驱体、钛前驱体和造孔剂加入溶剂中搅拌均匀获得前驱体纺丝液，并进行纺丝获得前驱体纤维薄膜；

将所述前驱体纤维薄膜在空气气氛、100-300℃条件下进行稳定化处理后，置于惰性气氛下进行碳化处理，获得多孔纤维状的SiO_x@TiO₂/C复合材料。

进一步的，所述球磨过程中球料比为20-30:1，转速为700-900rpm，球磨时间为3-5h。

进一步的，所述纺丝液中各原料及其质量百分含量为：

球磨SiO_x 1～10wt％，碳前驱体5～15wt％，钛前驱体5～25wt％，造孔剂1～10wt％，其余量为溶剂。

进一步的，所述碳前驱体为聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、左旋聚乳酸、聚丙烯酸中的至少一种；

所述钛前驱体为钛酸异丙酯、硫酸氧钛、钛酸四丁酯、偏钛酸、四氯化钛中的至少一种；

所述造孔剂为聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯中的至少一种；

所述溶剂为乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜的至少一种。