[发明专利]一种碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

一种碳包覆氧化亚硅负极材料，包括氧化亚硅颗粒和包覆在氧化亚硅颗粒表面的碳层，碳包覆氧化亚硅负极材料的碳含量为3wt％‑6wt％，比表面积为1.5‑2.5m²/g。其制备方法为：先通过低温CVD气相法在氧化亚硅表面沉积碳，然后进行高温歧化，得到碳包覆氧化亚硅负极材料。本发明在制备碳包覆氧化亚硅负极材料的过程中，通过先低温包覆再高温歧化，氧化亚硅基体与碳层之间空隙可有效缓冲材料体积膨胀，从而有效改善材料充放电时体积膨胀问题。相对于先高温歧化再进行沉积包覆，本发明的材料中硅化合价由0价转变为+4价时，在材料质量不变的情况下，密度会发生变化，相应体积也会收缩，形成微孔，从而改善电池的体积膨胀问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

近年来，以移动终端等为代表的小型电子设备被广泛普及，锂离子电池越来越多的被应用于各类储能装置，目前对储能装置的需求趋向：高能量密度和高安全性。同时，该储能装置的应用不仅限于小型电子设备，也可以用于汽车及蓄电池方面的应用。其中，锂离子二次储能装置易于进行小型及高能量密度化，并且能够获得比铅储能装置、镍镉储能装置更高的能量密度，因此备受期待。

目前，锂离子电池用负极材料的重点研究方向正朝着高比容量、大倍率高循环性能和高安全性能的锂型电池材料方向发展。氧化硅具有较高的理论容量(2000mAh/g)，其在脱锂的过程中易生成电化学不可逆相的Li₂O，具有缓冲作用，且氧化亚硅中存在着较强的Si-O键。因此，氧化亚硅在充放电过程的体积效应较小，循环性能较好，氧化亚硅具有较低的储锂反应电压平台。但是在实际应用过程中发现其也存在着首次充放电效率低，循环寿命不能达到市场需求等问题。

采用碳包覆氧化亚硅可以一定程度改善材料的电化学性能，然而，目前的氧化亚硅采用CVD进行气相包覆，通常是先高温焙烧岐化，然后再气相沉积，但是这样制备的前驱体存在体积膨胀大，首次库仑效率低等问题，同时硅氧化物在实际制备中需要在持续高温环境下煅烧氧化，在碳沉积过程中，高温会加速炉内会出现结圈和粘壁现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种碳包覆氧化亚硅负极材料及其制备方法和锂离子电池。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种碳包覆氧化亚硅负极材料，所述碳包覆氧化亚硅负极材料包括氧化亚硅颗粒和包覆在氧化亚硅颗粒表面的碳层，所述碳包覆氧化亚硅负极材料的碳含量为3wt％-6wt％，比表面积为1.5-2.5m²/g。

上述的碳包覆氧化亚硅负极材料，优选的，所述碳包覆氧化亚硅负极材料的粒度体积分布控制在D50为4.5-15μm。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的碳包覆氧化亚硅负极材料的制备方法，先通过低温CVD气相法在氧化亚硅表面沉积碳，然后进行高温歧化，得到碳包覆氧化亚硅负极材料。

上述的制备方法，优选的，CVD气相法在氧化亚硅表面沉积碳的具体过程包括：将氧化亚硅置于氮气保护的CVD反应炉中，在氮气的保护下，将反应炉升温至400～900℃，然后通入有机碳源气体，保温1～4h。

上述的制备方法，优选的，所述有机碳源气体选自甲烷、乙烯、乙炔、丙烷中的至少一种。

上述的制备方法，优选的，所述氮气的流量为1～2L/min，所述有机碳源的流量为2～8L/min。

上述的制备方法，优选的，所述高温歧化的具体过程包括：停止通入有机碳源气体，将CVD反应炉的温度升温至900～1100℃，保温1～4h。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种锂离子电池，采用上述或者由上述制备方法制备获得的碳包覆氧化亚硅负极材料作为电池的负极材料。